<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//ES//DTD journal article DTD version 5.6.0//EN//XML" "art560.dtd" [<!ENTITY fx001 SYSTEM "fx001" NDATA IMAGE><!ENTITY fx002 SYSTEM "fx002" NDATA IMAGE><!ENTITY fx003 SYSTEM "fx003" NDATA IMAGE><!ENTITY fx004 SYSTEM "fx004" NDATA IMAGE><!ENTITY gr001 SYSTEM "gr001" NDATA IMAGE><!ENTITY gr002 SYSTEM "gr002" NDATA IMAGE><!ENTITY gr003 SYSTEM "gr003" NDATA IMAGE><!ENTITY gr004 SYSTEM "gr004" NDATA IMAGE><!ENTITY gr005 SYSTEM "gr005" NDATA IMAGE><!ENTITY gr006 SYSTEM "gr006" NDATA IMAGE><!ENTITY gr007 SYSTEM "gr007" NDATA IMAGE>]><article xmlns="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:ce="http://www.elsevier.com/xml/common/dtd" xmlns:sa="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-aff/dtd" xmlns:sb="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-bib/dtd" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" docsubtype="fla" xml:lang="en"><item-info><jid>NUPHB</jid><aid>114948</aid><ce:article-number>114948</ce:article-number><ce:pii>S0550-3213(20)30034-1</ce:pii><ce:doi>10.1016/j.nuclphysb.2020.114948</ce:doi><ce:copyright year="2020" type="other">The Author</ce:copyright><ce:doctopics><ce:doctopic id="doc0010"><ce:text>Quantum Field Theory and Statistical Systems</ce:text></ce:doctopic></ce:doctopics></item-info><ce:floats><ce:figure id="fg0010"><ce:label>Fig. 1</ce:label><ce:caption id="cp0010"><ce:simple-para id="sp0010">A schematic of the probability distribution <ce:italic>P</ce:italic>(<ce:italic>ϵ</ce:italic>′) of the energy density (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf0010">(2)</ce:cross-ref>) for a rapid cooling process. Left: An initially equilibrated system at high temperatures where the energy density is sharply defined (in the thermodynamic limit, the distribution is a delta-function). Center: The system is rapidly cooled to a final state such that its energy density drops down at a finite rate as a function of time. During this cooling process, as it is being driven, <ce:italic>P</ce:italic>(<ce:italic>ϵ</ce:italic>′) obtains a finite standard deviation (even for macroscopic systems). The demonstration of such a generic widening of the distribution is a principal objective of this paper. A finite standard deviation of <ce:italic>P</ce:italic>(<ce:italic>ϵ</ce:italic>′) implies correlations that extend over length scales comparable to the system size. Right: After the cooling ceases, (if and) when the formerly driven system re-equilibrates, the distribution <ce:italic>P</ce:italic>(<ce:italic>ϵ</ce:italic>′) becomes a delta-function once again (yet now at the lower temperature (smaller average energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>) to which the system was cooled). Similar broadening may occur for general intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic>.</ce:simple-para></ce:caption><ce:alt-text role="short" id="at0010">Fig. 1</ce:alt-text><ce:link locator="gr001" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/gr001" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0010"/></ce:figure><ce:figure id="fg0020"><ce:label>Fig. 2</ce:label><ce:caption id="cp0020"><ce:simple-para id="sp0020">The evolution of the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si29.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> describing the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and its environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (when, together, they form a larger closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1406.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>) is unitary. After tracing over the environment (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf0020">(4)</ce:cross-ref>), the resultant dynamical mapping <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si33.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> describing the reduced density matrix of the system alone is, generally, not a unitary transformation. In many situations of physical interest, the environment may, however, still be effectively captured by a modification of a system Hamiltonian. As we will explain in Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf0030">B</ce:cross-ref>, causality constrains this effective system Hamiltonian. In systems with local interactions, the rate of energy density of the system cannot be made to change instantaneously from zero to a finite value. A minimal time (linear in the system size) must elapse before the environment (and effective interactions generated by the presence of the environment) can couple to a finite fraction of the system.</ce:simple-para></ce:caption><ce:alt-text role="short" id="at0020">Fig. 2</ce:alt-text><ce:link locator="gr002" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/gr002" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0020"/></ce:figure><ce:figure id="fg0030"><ce:label>Fig. 3</ce:label><ce:caption id="cp0030"><ce:simple-para id="sp0030">An intuitive representation of the effect. In order to drive the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and vary its energy density at a finite rate, the environment (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>) must couple to a finite fraction of the number of sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> (e.g., sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic>). The energy fluctuations at both <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> are correlated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. This, consequently, allows for non-trivial correlations between the local energy fluctuations (those of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1004.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf0040">(1)</ce:cross-ref>) even when <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> are far apart. By virtue of both coupling to the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>, colloquially, any such pair of sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> are a graph distance of two (links) away (“two degrees of separation” apart) even though they may be very far away spatially. The above graph constitutes a simple example of a “small worlds network” where each node (site) is linked to all others by a small number of steps (in this case, two) <ce:cross-ref refid="br0310" id="crf0050">[31]</ce:cross-ref>. As we will explain in Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf0060">B</ce:cross-ref>, in non-relativistic systems with local interactions, causality in the form of the Lieb-Robinson bounds <ce:cross-ref refid="br0300" id="crf0070">[30]</ce:cross-ref> mandates that a minimal time must elapse before an external drive may couple to sites in the bulk of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. Physical estimates on lower bounds on minimal times are further briefly discussed in Appendix <ce:cross-ref refid="se0350" id="crf0080">A</ce:cross-ref>. The finite rate of the energy density implies that, on average, the correlation between the driving Hamiltonian (coupling the system to its environment) and each of the system degrees of freedom is of order unity and of uniform sign (Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf0090">C</ce:cross-ref>). In Section <ce:cross-ref refid="se0120" id="crf0100">7</ce:cross-ref>, we will examine simple models with an associated uniform coupling of the system degrees of freedom to a common environment.</ce:simple-para></ce:caption><ce:alt-text role="short" id="at0030">Fig. 3</ce:alt-text><ce:link locator="gr003" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/gr003" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0030"/></ce:figure><ce:figure id="fg0040"><ce:label>Fig. 4</ce:label><ce:caption id="cp0040"><ce:simple-para id="sp0040">(Color online.) Semi-classically, the total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may, with equal probability, correspond to any vector connecting the origin of a sphere of radius <ce:italic>ħS</ce:italic><ce:inf><ce:italic>tot</ce:italic></ce:inf> to a point along a ring forming “a line of latitude”. In the figure above, this “line of latitude” ring is defined by boundary of the shaded spherical cap near the “north pole”. All points along the line of latitude share the same value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. Here, in the initial state, the polar angle <ce:italic>θ</ce:italic> = 0.</ce:simple-para></ce:caption><ce:alt-text role="short" id="at0040">Fig. 4</ce:alt-text><ce:link locator="gr004" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/gr004" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0040"/></ce:figure><ce:figure id="fg0050"><ce:label>Fig. 5</ce:label><ce:caption id="cp0050"><ce:simple-para id="sp0050">(Color online.) Applying the transverse field of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf0110">(8)</ce:cross-ref> to the ring of <ce:cross-ref refid="fg0040" id="crf0120">Fig. 4</ce:cross-ref> leads to precession about the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si235.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> axis. For the above displayed ring, <ce:italic>θ</ce:italic>(<ce:italic>t</ce:italic>)=<ce:italic>π</ce:italic>/2. During the precession, the semi-classical total spin vectors <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> on the ring acquire a range of possible <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> values leading to the standard deviation <ce:italic>σ</ce:italic><ce:inf><ce:italic>ϵ</ce:italic></ce:inf> of the energy density of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf0130">(6)</ce:cross-ref>. The simple (semi-classical) calculation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0170" id="crf0140">(16)</ce:cross-ref> for the distribution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> values for such a uniform ring leads anew to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf0150">(13)</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:caption><ce:alt-text role="short" id="at0050">Fig. 5</ce:alt-text><ce:link locator="gr005" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/gr005" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0050"/></ce:figure><ce:figure id="fg0060"><ce:label>Fig. 6</ce:label><ce:caption id="cp0060"><ce:simple-para id="sp0060">An open system-environment hybrid <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. The degrees of freedom in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> may only interact with others in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and/or the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. Unlike the analysis of <ce:cross-ref refid="se0240" id="crf0160">10.1</ce:cross-ref>, however, the constituents of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> may now interact also with others not in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. (The shown open hybrid <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> lies in a larger (possibly infinite) volume Λ.)</ce:simple-para></ce:caption><ce:alt-text role="short" id="at0060">Fig. 6</ce:alt-text><ce:link locator="gr006" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/gr006" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0060"/></ce:figure><ce:figure id="fg0070"><ce:label>Fig. 7</ce:label><ce:caption id="cp0070"><ce:simple-para id="sp0070">(Color online.) Reproduced from <ce:cross-ref refid="br1260" id="crf0170">[126]</ce:cross-ref>. On the vertical axis, we plot the experimentally measured viscosity data divided by its value at the liquidus temperature (<ce:italic>η</ce:italic>(<ce:italic>T</ce:italic><ce:inf><ce:italic>l</ce:italic></ce:inf>)) as a function of a dimensionless temperature ratio. The viscosities of 45 liquids of diverse classes/bonding types (metallic, silicate, organic, and others) collapse on a single curve. The underlying continuous “curve” (more clearly visible at high viscosities where fewer data exist) is predicted by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf0180">(91)</ce:cross-ref>. Since <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si801.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> varies from fluid to fluid (albeit weakly) <ce:cross-ref refid="br1260" id="crf0190">[126]</ce:cross-ref>, the shown collapse does not imply a corresponding collapse of the viscosity as a function of <ce:italic>T</ce:italic><ce:inf><ce:italic>l</ce:italic></ce:inf>/<ce:italic>T</ce:italic> nor as a function of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si802.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (due, relative to the latter, to an additional shift along the <ce:italic>x</ce:italic> axis that is set by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si803.svg"><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>).</ce:simple-para></ce:caption><ce:alt-text role="short" id="at0070">Fig. 7</ce:alt-text><ce:link locator="gr007" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/gr007" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0070"/></ce:figure></ce:floats><head><ce:title id="ti0010">Macroscopic length correlations in non-equilibrium systems and their possible realizations</ce:title><ce:author-group id="ag0010"><ce:author id="au0010" author-id="S0550321320300341-07f4cc7e8a780126063803ada4ba2b1a"><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname><ce:e-address type="email" xlink:href="mailto:zohar@wustl.edu" id="ea0010">zohar@wustl.edu</ce:e-address></ce:author><ce:affiliation id="aff0010" affiliation-id="S0550321320300341-5aed29a23589d6aa807d7002fb6d9568"><ce:textfn>Department of Physics, Washington University, St. Louis, MO 63160, USA</ce:textfn><sa:affiliation><sa:organization>Department of Physics</sa:organization><sa:organization>Washington University</sa:organization><sa:city>St. Louis</sa:city><sa:state>MO</sa:state><sa:postal-code>63160</sa:postal-code><sa:country>USA</sa:country></sa:affiliation><ce:source-text id="srct0005">Department of Physics, Washington University, St. Louis, MO 63160, USA</ce:source-text></ce:affiliation></ce:author-group><ce:date-received day="28" month="8" year="2019"/><ce:date-revised day="31" month="12" year="2019"/><ce:date-accepted day="1" month="2" year="2020"/><ce:miscellaneous id="ms0010">Editor: Hubert Saleur</ce:miscellaneous><ce:abstract id="ab0010"><ce:section-title id="st0010">Abstract</ce:section-title><ce:abstract-sec id="as0010"><ce:simple-para id="sp0080">We consider general systems that start from and/or end in thermodynamic equilibrium while experiencing a finite rate of change of their energy density or other intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic> at intermediate times. We demonstrate that at these times, during which <ce:italic>q</ce:italic> varies at a finite rate, the associated covariance, the connected pair correlator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, between any two (far separated) sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> in a macroscopic system may, on average, become finite. Once the global mean <ce:italic>q</ce:italic> no longer changes, the average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> over all site pairs <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> may tend to zero. However, when the equilibration times are significant (e.g., as in a glass that is not in true thermodynamic equilibrium yet in which the energy density (or temperature) reaches a final steady state value), these long range correlations may persist also long after <ce:italic>q</ce:italic> ceases to change. We explore viable experimental implications of our findings and speculate on their potential realization in glasses (where a prediction of a theory based on the effect that we describe here suggests a universal collapse of the viscosity that agrees with all published viscosity measurements over sixteen decades) and non-Fermi liquids. We discuss effective equilibrium in driven systems and derive uncertainty relation based inequalities that connect the heat capacity to the dynamics in general open thermal systems. These rigorous thermalization inequalities suggest the shortest possible fluctuation times scales in open equilibrated systems at a temperature <ce:italic>T</ce:italic> are typically “Planckian” (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). We briefly comment on parallels between quantum measurements, unitary quantum evolution, and thermalization and on how Gaussian distributions may generically emerge.</ce:simple-para></ce:abstract-sec></ce:abstract></head><body><ce:sections><ce:section id="se0010" role="introduction"><ce:label>1</ce:label><ce:section-title id="st0020">Introduction</ce:section-title><ce:para id="pr0010">In theories with local interactions, the connected correlations between two different sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> often decay with their spatial separation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si4.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. Indeed, connected correlations decay exponentially with distance in systems with finite correlation lengths. In massless (or critical) theories, this exponential decay is typically replaced by an algebraic drop. The detailed understanding of these decays was achieved via numerous investigations that primarily focused on venerable equilibrium and other systems with fixed control parameters, e.g., <ce:cross-refs refid="br0010 br0020 br0030 br0040 br0050 br0060 br0070 br0080 br0090 br0100 br0110" id="crs0010">[1–11]</ce:cross-refs> including long range correlations at high temperatures in disparate systems associated with generalized screening lengths <ce:cross-ref refid="br0120" id="crf0200">[12]</ce:cross-ref>. Pioneering studies examined work-free energy relations in irreversible systems <ce:cross-refs refid="br0130 br0140 br0150 br0160" id="crs0020">[13–16]</ce:cross-refs>. We wish to build on these notions and ask what occurs in a general (quantum or classical) non-relativistic system, when an intensive parameter such as the average energy density (set, in all but the phase coexistence region where latent heat appears, by the temperature) or external field is varied so that, during transient times, the system is forcefully kept <ce:italic>out of thermal equilibrium</ce:italic>. We will illustrate that, under these circumstances, extensive fluctuations will generally appear. These large fluctuations will imply the existence of connected two point correlation functions that will, on average, <ce:italic>remain finite for all spatial separations</ce:italic>. If the system returns to equilibrium, these long range correlations may be lost. In focusing on driven non-equilibrium systems, the quantum facets of our work complement investigations on nontrivial aspects of the interplay between entanglement and thermalization that have witnessed a flurry of activity in recent years in, e.g., studies of operator scrambling <ce:cross-refs refid="br0170 br0180" id="crs0030">[17,18]</ce:cross-refs> and entanglement growth <ce:cross-ref refid="br0190" id="crf0210">[19]</ce:cross-ref>. Earlier celebrated analysis also suggested fundamental quantum mechanical “chaos” bounds in thermal systems <ce:cross-ref refid="br0200" id="crf0220">[20]</ce:cross-ref>. In the current work, we will largely focus on the more precise quantum descriptions. Much of our analysis can be replicated for the classical limit of these systems.</ce:para><ce:para id="pr0020">Although our considerations are general, we may couch these for theories residing on <ce:italic>d</ce:italic>-dimensional hypercubic lattices of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si5.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> sites; the average energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si6.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> with <ce:italic>E</ce:italic> the total energy. In theories with bounded local interactions, we may express (in a variety of ways) the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> as a sum of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si7.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> terms (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si8.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>) that are each of finite range and bounded operator norm,<ce:display><ce:formula id="fm0010"><ce:label>(1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si9.svg"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Our principal interest lies in the thermodynamic (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) limit. Since our focus is on general non-equilibrium systems, the (general time dependent) Schrodinger picture probability density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> need not be equal to the any of the standard density matrices describing equilibrium systems. Our analysis will be largely quantum; the Ehrenfest equations typically reproduce the classical equations of motion. Aspects of classical dynamics may also be directly investigated along lines similar to those that we will largely pursue for the quantum systems. With a Liouville operator replacing the Schrodinger picture Hamiltonian, the quantum dynamics may generally replicate the classical canonical equations of motion <ce:cross-refs refid="br0210 br0220" id="crs0040">[21,22]</ce:cross-refs>. In the individual Sections of this work, we note which results also hold for classical systems.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0020"><ce:label>2</ce:label><ce:section-title id="st0030">Sketch of main result</ce:section-title><ce:para id="pr0030">In a nutshell, in order to establish the existence of long range correlations we will show the following:<ce:display><ce:textbox id="tb0010"><ce:textbox-body><ce:sections><ce:para id="pr0040">• If the expectation value of the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> of the original (undriven) system varies in the time evolved (driven) state such that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si12.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> then the energy density fluctuations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si13.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:math> as computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will, generally, also be finite. Similar results apply to all other intensive quantities.</ce:para></ce:sections></ce:textbox-body></ce:textbox></ce:display></ce:para><ce:para id="pr0050">As we will explain in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf0230">4</ce:cross-ref> and thereafter, starting from an equilibrated system, there is a minimal time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si14.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> associated with the onset of a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si15.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> and standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Once the driving ceases and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si17.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the time scale required for the system to re-equilibrate and return to its true equilibrium state with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> may depend on system details (see, e.g., Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf0240">13</ce:cross-ref> for an approach to glasses in which the latter return time scale may be very large).</ce:para><ce:para id="pr0060">While we will largely employ the more general quantum formalism, our central result holds for both quantum and classical systems. The central function that we will focus on to further quantify these fluctuations is the probability density of global energy density,<ce:display><ce:formula id="fm0020"><ce:label>(2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si19.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">[</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> To avoid cumbersome notation, in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf0250">(2)</ce:cross-ref> and what follows, the time dependence of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is not made explicit; the reader should bear in mind that, throughout the current work, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is time dependent. In equilibrium, the energy density (similar to all other intensive thermodynamic variables) is sharply defined; regardless of the specific equilibrium ensemble employed, the distribution of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf0260">(2)</ce:cross-ref> is a Dirac delta-function, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si21.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. This is schematically illustrated in the left and righthand sides of <ce:cross-ref refid="fg0010" id="crf0270">Fig. 1</ce:cross-ref><ce:float-anchor refid="fg0010"/>. As we highlighted above, the chief goal of the current article is to demonstrate that when a system that was initially in equilibrium is driven at intermediate times (by, e.g., rapid cooling) such that its energy density varies at a finite rate as a function of time, the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will need not remain a delta-function. A caricature of this feature is provided in the central panel of <ce:cross-ref refid="fg0010" id="crf0280">Fig. 1</ce:cross-ref> <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf0290">[23]</ce:cross-ref>. Because the final state displays a broad distribution of energy densities, our result implies that the “work” per site, in the context of its quantum mechanical definitions as energy differences between final and initial states <ce:cross-refs refid="br0130 br0140 br0150 br0160 br0240" id="crs0050">[13–16,24]</ce:cross-refs> is not necessarily sharp (even in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> limit). Since the variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is a sum of pair correlators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si23.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, this latter finite width of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of the system when it is driven implies (as we will explain in depth) that the correlations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> extend over macroscopic length scales that are of the order of the system size. (Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si24.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> denotes the average as computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.)</ce:para><ce:para id="pr0070">Whenever the formerly driven system re-equilibrates, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> becomes a delta-function once again (right panel of <ce:cross-ref refid="fg0010" id="crf0300">Fig. 1</ce:cross-ref>). We will investigate driving implemented by either one of two possibilities:</ce:para><ce:para id="pr0080">(1) Endowing the Hamiltonian with a non-adiabatic transient time dependence leading to a deviation from <ce:italic>H</ce:italic> only during a short time interval during which the system is driven (Sections <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf0310">5</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf0320">6</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="se0210" id="crf0330">8</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="se0220" id="crf0340">9</ce:cross-ref>, and <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf0350">12</ce:cross-ref>). In this case, between an initial and a final time, the Schrodinger picture Hamiltonian differs from <ce:italic>H</ce:italic>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si25.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0090">(2) Including a coupling to an external bath yet allow for no explicit time dependence in the fundamental terms forming the Hamiltonian (this approach is invoked in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf0360">4</ce:cross-ref> (in particular, in its second half describing Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf0370">(4)</ce:cross-ref>, Section <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf0380">10</ce:cross-ref>), and Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf0390">B</ce:cross-ref>, Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf0400">C</ce:cross-ref>, and Appendix <ce:cross-ref refid="se0380" id="crf0410">D</ce:cross-ref>)). By comparison to procedure (1) above, this approach is more faithful to the real physical system in which the form of all fundamental interactions is time independent.</ce:para><ce:para id="pr0100">In procedure (1), the density matrix of the system evolves unitarily <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si26.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In the more realistic approach (2), the evolution of the density matrix of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si27.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (now a reduced density matrix after a trace over the environment is performed) is described by a general (non-unitary <ce:cross-ref refid="br0260" id="crf0420">[26]</ce:cross-ref>) dynamic map <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si28.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>; a cartoon is provided in <ce:cross-ref refid="fg0020" id="crf0430">Fig. 2</ce:cross-ref><ce:float-anchor refid="fg0020"/>.</ce:para><ce:para id="pr0110">In procedure (2), we will examine the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf0440">(2)</ce:cross-ref> with the replacement of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si34.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. We will keep our study general and not resort to Linblad type analysis that may, e.g., be derived from and implicitly assume weak coupling between the system and its environment <ce:cross-ref refid="br0250" id="crf0450">[25]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0120">The divide between these non-unitary and unitary evolutions (respectively, evolutions with and without an external environment) is a feature that is not always of great pertinence. Indeed, though many common non-dissipative physical systems are not truly closed, they are described to an excellent approximation by the standard unitary evolution of the Schrodinger equation. Complementing the standard distinction between unitary and non-unitary evolutions, there is another issue that we will highlight in the current work. As we will elaborate in Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf0460">B</ce:cross-ref>, there are physical constraints on the possible transient time variations of the effective Hamiltonian (that are captured by analysis including the effect of the environment). Notably, in a theory with interactions that are of finite range and strength, due to causality, the allowed changes in the transient time Hamiltonian that captures the effects of the environment cannot be made to instantaneously vary over arbitrarily large distances. That is, the environment cannot couple (nor decouple) to a finite fraction of a macroscopic system instantaneously. Keeping in mind this constraint on the form of the possible variations of the effective Hamiltonian of approach (1), we will often use these two descriptions interchangeably. Our inequalities will bound, from below, (a) the variance of the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and (b) the magnitude of the pair correlator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> for sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> that are separated by a distance that is of the order of the system size <ce:cross-ref refid="br0270" id="crf0470">[27]</ce:cross-ref>. A similar broadening of the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si35.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (and ensuing lower bounds on the associated pair correlators) may arise for general intensive quantities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si36.svg"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> (that include the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> only as a special case).</ce:para></ce:section><ce:section id="se0030"><ce:label>3</ce:label><ce:section-title id="st0040">Outline</ce:section-title><ce:para id="pr0130">A large fraction of the current work (Sections <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf0480">5</ce:cross-ref> - <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf0490">12</ce:cross-ref>) establishing the central result of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf0500">2</ce:cross-ref> and related effects will be somewhat mathematical in spirit. The sections towards the end of this paper (Sections <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf0510">13</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="se0320" id="crf0520">14</ce:cross-ref>, and <ce:cross-ref refid="se0330" id="crf0530">15</ce:cross-ref>) will touch on possible measurable quantities. In these later sections, our discussion is more speculative.</ce:para><ce:para id="pr0140">We now briefly summarize the central contents of the various Sections. In Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf0540">4</ce:cross-ref>, we explain why, in spite of its seemingly striking nature, our main finding of large variances (even in systems with local interactions) and the macroscopic range correlations that they imply is quite natural. By <ce:italic>macroscopic range</ce:italic>, we refer, in any macroscopic <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> site system, to correlations that span the entire system size. As we explain in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf0550">4</ce:cross-ref> (and in Appendix <ce:cross-ref refid="se0350" id="crf0560">A</ce:cross-ref>, Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf0570">B</ce:cross-ref>, Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf0580">C</ce:cross-ref>, and Appendix <ce:cross-ref refid="se0380" id="crf0590">D</ce:cross-ref>), in various physical settings, finite rates of change of the energy (and other) densities and concomitant long range correlations may appear only at sufficiently long time after coupling the system to an external drive. Next, in Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf0600">5</ce:cross-ref>, we discuss special situations in which our results do not hold – those of product states with an evolution given by separable Hamiltonians. This will prompt us to explore systems that do not have a probability density that is of the simple local product form and to further discuss various aspects of entanglement. Notwithstanding their simplicity and appeal, product states do not generally describe systems above their ground state energy density. Similarly, the finite temperature probability densities of interacting classical systems do not have a product state form. In Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf0610">6</ce:cross-ref>, we turn to more generic situations such as those appearing in rather natural dual models on lattices in an arbitrary number of spatial dimensions for which a class of finite energy density eigenstates can be exactly constructed. These theories principally include (1) general rotationally symmetric spin models (both quantum and classical) in an external magnetic field and (2) systems of itinerant hard-core bosons with attractive interactions. We investigate the effects of “cooling/heating” and “doping” protocols on these systems and illustrate that, regardless of the system size, after a finite amount of time, notable energy or carrier density fluctuations will appear. In Section <ce:cross-ref refid="se0120" id="crf0620">7</ce:cross-ref>, we similarly solve simple models in which the external environment exhibits uniform global fluctuations. Armed with these proof of principle demonstrations, we examine in Section <ce:cross-ref refid="se0210" id="crf0630">8</ce:cross-ref> the anatomy of a Dyson type expansion to see how generic these behaviors may be. Straightforward calculations illustrate that although there exist fine tuned situations in which the variance of intensive quantities such as the energy density remain zero (e.g., the product states of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf0640">5</ce:cross-ref>) in rapidly driven systems, such circumstances may be rare. General non-adiabatic evolutions that change the expectation values of various intensive quantities may, concomitantly, lead to substantial standard deviations. In Section <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf0650">10</ce:cross-ref>, we go one step further and establish that under a rather mild set of constraints, macroscopic range connected fluctuations are all but inevitable. (Yet another proof of these long range correlations will be provided in Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf0660">C</ce:cross-ref> and Appendix <ce:cross-ref refid="se0380" id="crf0670">D</ce:cross-ref>.) In Section <ce:cross-ref refid="se0270" id="crf0680">10.2</ce:cross-ref>, we derive bounds on the fastest fluctuation rates in open thermal system by linking a generalized variant of the quantum standard time-energy uncertainty relations to the heat capacity. In Section <ce:cross-ref refid="se0280" id="crf0690">10.3</ce:cross-ref>, we illustrate that local quantities in thermal translationally invariant systems are similarly bounded. Our new thermalization bounds suggest that, under typical circumstances, up to factors of order unity, the smallest fluctuation times for thermal systems cannot be shorter than “Planckian” times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si3.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. We next illustrate (Section <ce:cross-ref refid="se0290" id="crf0700">11</ce:cross-ref>) how general expectation values in these systems relate to equilibrium averages. Our effect has broad experimental implications: common systems undergoing heating/cooling and/or other evolutions of their intensive quantities may exhibit long range correlations. In Section <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf0710">12</ce:cross-ref>, we demonstrate that the non-equilibrium system displays an effective equilibrium relative to a time evolved Hamiltonian. The remainder of the paper, largely focusing on candidate experimental and <ce:italic>in silico</ce:italic> realizations of our effect, is more speculative than the detailed exact solutions and derivations presented in its earlier Sections. In Sections <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf0720">13</ce:cross-ref> and <ce:cross-ref refid="se0320" id="crf0730">14</ce:cross-ref>, we turn to two prototypical systems and ask whether our findings may rationalize experimental (and numerical) results. In particular, in Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf0740">13</ce:cross-ref>, we discuss glasses and show a universal collapse of the viscosity data that was inspired by considerations similar to those that we describe in the current work. In Section <ce:cross-ref refid="se0320" id="crf0750">14</ce:cross-ref>, we ask whether the broadened distributions that we find may lead to “non-Fermi” liquid type behavior in various electronic systems. In Section <ce:cross-ref refid="se0330" id="crf0760">15</ce:cross-ref>, we discuss adiabatic quantum processes and demonstrate how these may maintain thermal equilibration. We further speculate on possible offshoots of this result that suggest certain similarities between quantum measurements and thermalization. We conclude in Section <ce:cross-ref refid="se0340" id="crf0770">16</ce:cross-ref> with a synopsis of our results.</ce:para><ce:para id="pr0150">Various details (including an alternate proof of our central result, typical order of magnitude estimates, and further analysis) have been relegated to the appendices. Appendix <ce:cross-ref refid="se0350" id="crf0780">A</ce:cross-ref> provides simple estimates of the minimal time scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si14.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that must be exceeded in order to establish finite rate of variation of the energy density (and concomitant long range correlations amongst the local contributions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si38.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> to the Hamiltonian). In Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf0790">B</ce:cross-ref>, we prove that in typical non-relativistic systems with local interactions (where the Lieb-Robinson bounds apply), a finite rate of change of the energy density (and, similarly, that of other intensive quantities) is only possible at sufficiently long times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si39.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. As we briefly noted above, Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf0800">C</ce:cross-ref> and Appendix <ce:cross-ref refid="se0380" id="crf0810">D</ce:cross-ref> will provide a complementary proof of our central result. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf0820">C</ce:cross-ref>, we demonstrate that a finite a rate of variation of the energy density implies long range connected correlations between the environment driving the system and the system itself. Appendix <ce:cross-ref refid="se0380" id="crf0830">D</ce:cross-ref> then employs “classical” probability arguments to illustrate that the latter long range correlation between different sites in the system and its surrounding environment may lead to correlations between the sites in the system bulk even if these sites are far separated. A lightning review of several earlier known long range correlations is provided in Appendix <ce:cross-ref refid="se0390" id="crf0840">E</ce:cross-ref>. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0400" id="crf0850">F</ce:cross-ref>, we show that using entangled states (similar to those analyzed in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf0860">6</ce:cross-ref>) reproduces the finite temperature correlators of an Ising chain. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0410" id="crf0870">G</ce:cross-ref>, we demonstrate that the entanglement entropy of symmetric entangled states is logarithmic in the system size; this latter calculation will further illustrate that the entangled spin states studied in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf0880">6</ce:cross-ref> display such macroscopic entanglement. These examples underscore that, even in closed systems, eigenstates of an energy density larger than that of the ground state can very naturally exhibit a macroscopic entanglement. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0440" id="crf0890">H</ce:cross-ref>, Appendix <ce:cross-ref refid="se0450" id="crf0900">I</ce:cross-ref>, and Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf0910">J</ce:cross-ref>, we discuss aspects related to the spin model example of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf0920">6</ce:cross-ref> (and, by extension, to some of the models dual to this spin model that are further studied in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf0930">6</ce:cross-ref>). Appendix <ce:cross-ref refid="se0440" id="crf0940">H</ce:cross-ref> details what occurs when adding a general number of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> spins. We connect the result in the limit of a large number of spins to the Gaussian distribution resulting from random walks (in the limit of large spins, the addition of spins naturally relates to the addition of classical vectors). Appendix <ce:cross-ref refid="se0450" id="crf0950">I</ce:cross-ref> and Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf0960">J</ce:cross-ref> underscore the correlations in the initial state of this spin model system. Appendix <ce:cross-ref refid="se0460" id="crf0970">I.1</ce:cross-ref> explicitly introduces these correlations. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0470" id="crf0980">I.2</ce:cross-ref>, we explain why such correlations are inevitable in various cases. (The discussion in these appendices augment a more general result concerning correlations in the initial state of various driven systems that is described in the text following Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1170" id="crf0990">(E.1)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1180" id="crf1000">(E.2)</ce:cross-ref> regarding generally more complex correlations.) The central aim of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf1010">6</ce:cross-ref> was to provide the reader with a simple solvable spin model and its duals where a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and associated long range correlations between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> appear hand in hand with a finite rate of change of the energy density. The exact solvability of the spin model of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf1020">6</ce:cross-ref> hints that the correlations that its initial simple correlations exhibit are not necessarily generic. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf1030">J</ce:cross-ref>, we outline a gedanken experiment in which the initial state of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf1040">6</ce:cross-ref> may be realized. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0510" id="crf1050">K</ce:cross-ref>, we discuss several situations in which the variance of the energy density remains zero even when the energy density itself changes at a finite rate. Several aspects of the viscosity fit discussed in Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf1060">13</ce:cross-ref> are elaborated on in Appendix <ce:cross-ref refid="se0520" id="crf1070">L</ce:cross-ref>. Appendix <ce:cross-ref refid="se0530" id="crf1080">M</ce:cross-ref> provides intuitive arguments for the appearance of long time Gaussian distributions. Such long time Gaussian distributions were (a) invoked in our derivation of the 16 decade viscosity collapse of supercooled liquids and glasses and also appear (b) in standard textbook systems that have equilibrated at long times at general temperatures <ce:italic>T</ce:italic> where (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si42.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denoting the heat capacity at constant volume), the width of the Gaussian distribution is given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1255.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Lastly, in Appendix <ce:cross-ref refid="se0540" id="crf1090">N</ce:cross-ref>, we explain that, generally, the entanglement entropy may be higher than of the states studied in Appendix <ce:cross-ref refid="se0410" id="crf1100">G</ce:cross-ref>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0040"><ce:label>4</ce:label><ce:section-title id="st0050">Intuitive arguments</ce:section-title><ce:para id="pr0160">To make our more abstract discussions clear, we first try to motivate why our central claim might not, at all, be surprising and expand on the basic premise outlined in Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf1110">2</ce:cross-ref>. Consider a system that is, initially, in thermodynamic equilibrium with a sharp energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>. For an initial closed equilibrium system (described by the microcanonical ensemble), the standard deviation of <ce:italic>ϵ</ce:italic> scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si44.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> while in open systems connected to a heat bath, the standard deviation of <ce:italic>ϵ</ce:italic> is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si45.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In either of these two cases, the standard deviation of <ce:italic>ϵ</ce:italic> vanishes in the thermodynamic limit (similar results apply to any intensive thermodynamic variable), see, e.g., the right-hand panel of <ce:cross-ref refid="fg0010" id="crf1120">Fig. 1</ce:cross-ref>. Now imagine cooling the system. As the system is cooled, its energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> drops. Various arguments hint that as <ce:italic>ϵ</ce:italic> drifts (or is “translated”) downwards in value, its associated standard deviation also increases (see the central panel of <ce:cross-ref refid="fg0010" id="crf1130">Fig. 1</ce:cross-ref>). This is analogous to the increase in width of an initially localized “wave packet” with a non-trivial evolution (with the energy density itself playing the role of the packet location). This argument applies to <ce:italic>both quantum and classical systems</ce:italic> (with the classical probability distribution obeying a Liouville or Fokker-Planck type equations instead of the von Neumann equation obeyed by the quantum probability density matrices). Thus, on a rudimentary level, it might be hardly surprising that the energy density obtains a finite standard deviation when it continuously varies in time. A finite standard deviation of the energy density implies long range correlations of the local energy terms. This is so since the variance of the energy density<ce:display><ce:formula id="fm0030"><ce:label>(3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si46.svg"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Thus, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is finite then the average <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si47.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> over all separations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si4.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> will be non-vanishing. More broadly, similar considerations apply to intensive quantities of the form <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si48.svg"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that must have a sharp value in thermodynamic equilibrium. Thus, generally, if <ce:italic>q</ce:italic> broadens as some parameters are varied, there must be finite connected correlations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si49.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> even when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si50.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> is the order of the linear dimension of a macroscopic system. Identical conclusions to the ones presented above may be drawn for systems that end in thermodynamic equilibrium (instead of starting from equilibrium) while experiencing a finite rate of change of their energy density at earlier times at which Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf1140">(3)</ce:cross-ref> will hold. This effect may appear for quantum as well as classical systems. Generally, there are “classical” and “quantum” contributions <ce:cross-ref refid="br0280" id="crf1150">[28]</ce:cross-ref> to the variance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si440.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0170">Empirically, in cases of experimental relevance, as in, e.g., cooling or heating a material, if the rate of change of its temperature (or energy density) is finite then Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf1160">(3)</ce:cross-ref> will hold. Although heat (and other) currents associated with various intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic> traverse material surfaces, experimentally, even for thermodynamically large systems, the rate of change of energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>, and other intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic> can be readily made finite, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si52.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. This common experimentally relevant situation of finite heat or other rate of change <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si53.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> in macroscopic finite size (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) samples is the focus of our attention (see Appendix <ce:cross-ref refid="se0350" id="crf1170">A</ce:cross-ref>). We nonetheless remark that if the energy density (or other intensive parameter) exchange rate are dominated by contributions in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf1180">(3)</ce:cross-ref> with <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> close to the surface then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si54.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and the average connected correlator associated with <ce:italic>q</ce:italic> for arbitrarily far separated sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> will be bounded by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si55.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0290" id="crf1190">[29]</ce:cross-ref>. As we will further emphasize in Section <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf1200">10</ce:cross-ref> (as will formally follow therein, e.g., from the Heisenberg picture Eq. <ce:cross-ref refid="fm0680" id="crf1210">(66)</ce:cross-ref> or its Ehrenfest theorem analog in the Schrodinger picture), in order to achieve a finite rate of change of any intensive quantity (including that of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> (or, equivalently, of the measured temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si57.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>)), <ce:italic>the coupling (and correlations) between the system and its surroundings must be extensive</ce:italic> and involve minimal time scales (see Appendix <ce:cross-ref refid="se0350" id="crf1220">A</ce:cross-ref>, Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf1230">B</ce:cross-ref>, and Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf1240">C</ce:cross-ref>). In reality, due to the surface flow of the heat current from the surrounding environment to the system during periods of heating or cooling, the local energy density in the system is generally spatially non–uniform and may depend on the distance to the surrounding external bath from which heat flows to the system.</ce:para><ce:para id="pr0180">The physical origin of the long range correlations of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf1250">(3)</ce:cross-ref> in general systems (either quantum or classical) is symbolically depicted in <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf1260">Fig. 3</ce:cross-ref><ce:float-anchor refid="fg0030"/>. As noted above, in order to achieve a finite rate of cooling/heating in a system with bounded interaction strengths, a finite fraction of the fields/sites in the system must couple to the surrounding heat bath (see also Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf1270">C</ce:cross-ref> for a simple brief demonstration of macroscopic length correlations between the surrounding environment and the system bulk in systems with time dependent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>). If such a single bath/external drive couples to a finite fraction of all sites/fields in the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> so as to lower the average energy density then even fields that are spatially far apart become correlated by virtue of their non-local interaction with the common environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (their shared bath or external drive). The full Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> describing the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and its environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (including the coupling between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>) provides the full time evolution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si62.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for the initial density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1406.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. We may trace or “integrate” over the bath/drive degrees of freedom in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (accounting for the driving (as well as dissipation) due to coupling to the environment) to arrive at the Schrodinger picture reduced density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si64.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> depending only on the degrees of freedom in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. Thus, we consider<ce:display><ce:formula id="fm0040"><ce:label>(4)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si65.svg"><mml:msub id="mmlbr0001"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0001" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0001" linebreakstyle="after">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si66.svg"><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:math> denotes time ordering, and three Hamiltonians (i) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si325.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, (ii) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si68.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, and (iii) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si69.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> describe, respectively, (i) the Hamiltonian involving only the degrees of freedom in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>, (ii) the Hamiltonian involving degrees of freedom in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> alone, and (iii) the interaction between the system and its environment. <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si69.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may capture the coupling between different, far separated, fields (say at sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic>) in the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> to the same external drive/environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. Indeed, associated with the solvable systems of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf1280">6</ce:cross-ref>, initial long range correlations may be created by coupling all sites in the system to the same environment (a magnet of macroscopic magnetization (see Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf1290">J</ce:cross-ref>)).</ce:para><ce:para id="pr0190">The trace in the first line of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1300">(4)</ce:cross-ref> over the external drive degrees of freedom <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> may generate a correlation between these two fields at <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> irrespective of their spatial separation (see <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf1310">Fig. 3</ce:cross-ref>). This correlation in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si34.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> between spatially distant fields may arise, rather universally, if in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si69.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the latter two fields couple to the very same external drive or environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. For a uniform external drive, the coupling between all fields in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> to those in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is of typical comparable strength. Thus, the resulting correlation in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si34.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may be <ce:italic>non-local</ce:italic> even at short times <ce:italic>t</ce:italic> (so long as at that these (or earlier) times, a finite fraction of the fields in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> couple to the external drive/bath <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>). A semi-classical motivation for this effect is sketched in Appendix <ce:cross-ref refid="se0380" id="crf1320">D</ce:cross-ref>. As alluded to in procedure (ii) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf1330">2</ce:cross-ref>, in real physical systems the form of the microscopic interactions is time independent (corresponding to a time independent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1340">(4)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0200">In relativistic theories, a strict minimal cutoff time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si14.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> for a finite fraction of the fields in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> to become coupled to an external drive/bath <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is set by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si72.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si73.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the minimal linear distance between the “center of mass” of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and the nearest point in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> and <ce:italic>c</ce:italic> is the speed of light for bona fide radiative coupling that changes the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> (or temperature) of the system. Thus, since <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si74.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for, e.g., radiative coupling to the environment, this minimal time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si75.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (as further discussed in Appendix <ce:cross-ref refid="se0350" id="crf1350">A</ce:cross-ref> while paying attention to absorption lengths). For generic spin models and other non-relativistic local theories, a similar bound on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si14.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> on the time required for the environment to couple with a typical uniform strength or become entangled with a finite fraction of the sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> is set by the effective (Lieb-Robinson (LR)) speed <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si76.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> <ce:cross-refs refid="br0080 br0090 br0100 br0110 br0300" id="crs0060">[8–11,30]</ce:cross-refs> (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si77.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). In all cases (relativistic or non-relativistic) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si78.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <ce:italic>v</ce:italic> a finite relevant speed. Thus, no long-range correlations violating causality (either relativistic or non-relativistic Lieb-Robinson type) appear. Rather, our results concerning long-range correlations pertain to times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si39.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. At such times, the relativistic or Lieb-Robinson light-cones (respectively given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si79.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> or (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si80.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>)) already <ce:italic>span most of the system</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. Indeed, as seen from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1360">(4)</ce:cross-ref>, long range correlations may be generated from the coupling of the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> to the bulk of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. At sufficiently short times, no such coupling exists and, in tandem, the total energy of the system cannot change at a rate proportional to its volume (i.e., at these short times, the rate of change of the energy density vanishes, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si17.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>). A system that starts off with only local <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will require a time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si39.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> to develop long range correlations <ce:cross-refs refid="br0080 br0090" id="crs0070">[8,9]</ce:cross-refs> consistent with our new results concerning (i) a required minimal time scale for changing the energy density of the system at a finite rate (Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf1370">B</ce:cross-ref>) and (ii) the appearance of nontrivial correlations once the energy density varies (the central result of this paper). The above also applies to general intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic> different from the energy density. In Section <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf1380">10</ce:cross-ref>, we will sharpen other considerations related to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si62.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> to arrive at exact inequalities. A brief summary of earlier known long range correlations is provided in Appendix <ce:cross-ref refid="se0390" id="crf1390">E</ce:cross-ref>. In what follows, we first turn to product states where no broad distributions of intensive quantities arise. For product states undergoing an evolution with a locally separable Hamiltonian, the system degrees of freedom cannot couple to a common environment in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1400">(4)</ce:cross-ref>. In the sections thereafter, we will demonstrate that in general quantum systems (not constrained to a product state structure), broadening may be quite common. Such prevalent non-factorizable states generally allow for a coupling to a common environment.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0050"><ce:label>5</ce:label><ce:section-title id="st0060">Product states and bounded separable Hamiltonians</ce:section-title><ce:para id="pr0210">Prior to demonstrating that energy density broadening may naturally accompany a cooling or heating of the system, we first discuss (within the framework of procedure (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf1410">2</ce:cross-ref> for which the detailed considerations of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1420">(4)</ce:cross-ref> (<ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf1430">Fig. 3</ce:cross-ref>) do not apply) states associated with individually decoupled local subsystems. Our focus is on systems with separable bounded local interactions. For a density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> that, at a time <ce:italic>t</ce:italic>, is a direct tensor product of local density matrices <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si81.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> acting on disjoint spaces, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si82.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0050"><ce:label>(5)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si83.svg"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si84.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf1440">(1)</ce:cross-ref> at this time will, in accord with the central limit theorem, generally be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si85.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> even when the rate of change of the energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si86.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> may be extensive (i.e., ∝<ce:italic>N</ce:italic>). This result applies to quantum and classical systems. In classical theories, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si87.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> portray the probability distributions of independent decoupled local degrees of freedom. In the quantum arena, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf1450">(5)</ce:cross-ref> also describes states in which no entanglement exists.</ce:para><ce:para id="pr0220">As a case in point, we may consider the initial (spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>) state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si88.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> to be a low energy eigenstate of an Ising model <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si89.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> that is acted on during intermediate times by a transverse magnetic field Hamiltonian (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si90.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>) that causes a precession around the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si91.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> axis and thus alters the energy as measured by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (thereby heating or cooling the system). Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si93.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> denote the scaled eigenvalues of the local spin operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1036.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. The transverse field Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may be explicitly written a sum of decoupled terms each of which acts on a separate local subspace, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si96.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si97.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math>. The initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si98.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (and its associated density matrix) can be written as an outer product of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si97.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> single spin states (density matrices) defined on the same <ce:italic>M</ce:italic> decoupled separate spaces. Thus an evolution, from an initial product state, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will trivially lead to a final state which still is of the product state form. All product states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si99.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> are eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. A uniform rotation, between an initial time (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) and a final time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, of all of the <ce:italic>N</ce:italic> spins around the <ce:italic>y</ce:italic> spin axis by the transverse field Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> by an angle of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si102.svg"><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> will transform <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si98.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> to a final state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si103.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that is an equal modulus superposition of all Ising product states (all eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), viz.,<ce:display><ce:formula id="fm0060"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si104.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si105.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the Kronecker delta. We next discuss what occurs when the exchange constants <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si106.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are of finite range but are otherwise arbitrary. The standard deviation of the energy (i.e., the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) associated with this final rotated state (and any other state during the evolution) of the initial Ising product state scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si85.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> while the energy change can be extensive <ce:cross-ref refid="br0320" id="crf1460">[32]</ce:cross-ref>. The state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si103.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> corresponds to the infinite temperature limit of the classical Ising model of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (its energy density is equal to that of the system at infinite temperature and similarly all correlation functions vanish). A key point is that generic finite temperature states are <ce:italic>not</ce:italic> of the type of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf1470">(5)</ce:cross-ref>. In fact, general thermal states (i.e., eigenstates of either local or nonlocal Hamiltonians that are elevated by a finite energy density difference relative to the ground state) typically display volume law entanglement entropy <ce:cross-refs refid="br0330 br0340 br0350 br0360" id="crs0080">[33–36]</ce:cross-refs> in agreement with the Eigenstate Thermalization Hypothesis <ce:cross-refs refid="br0370 br0380 br0390 br0400 br0410 br0420 br0430 br0440 br0450" id="crs0090">[37–45]</ce:cross-refs> while ground states and many body localized states of arbitrarily high energy <ce:cross-refs refid="br0460 br0470 br0480 br0490 br0500 br0510 br0520 br0530 br0540" id="crs0100">[46–54]</ce:cross-refs> may exhibit area law entropies <ce:cross-ref refid="br0550" id="crf1480">[55]</ce:cross-ref>. The entanglement entropy of individual quantum “thermalized” states imitates the conventional thermodynamic entropy of the macroscopic system that they describe <ce:cross-ref refid="br0560" id="crf1490">[56]</ce:cross-ref>. In order to further elucidate these notions, in Appendix <ce:cross-ref refid="se0400" id="crf1500">F</ce:cross-ref>, we illustrate that correlations in finite energy density eigenstates of the Ising chain mirror those in equilibrated Ising chains at positive temperatures. In the one dimensional Ising model and other equilibrium systems at temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si107.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the high degree of entanglement and mixing between individual product states leads to contributions to the two point correlation functions that alternate in sign and ultimately lead to the usual decay of correlations with distance. Our central thesis is that an external driving Hamiltonian (such as that present in cooling/heating of a system) may lead to large extensive fluctuations. While the appearance of such extensive fluctuations may seem natural for non-local operators (such as (Heisenberg picture) time evolved local Hamiltonian terms in various examples), these generic fluctuations may also appear for local quantities (e.g., the local operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si38.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf1510">(3)</ce:cross-ref>). In Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf1520">6</ce:cross-ref>, we will study systems for which the relevant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si38.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> are, indeed, local.</ce:para><ce:para id="pr0230">When all of the eigenvectors of the density matrix are trivial local product states that do not exhibit entanglement, the system described by <ce:italic>ρ</ce:italic> is a classical system (with different classical realizations having disparate probabilities). In the next sections, we will demonstrate that large fluctuations of any observable may naturally arise for all system sizes (including systems in their thermodynamic limit). The calculations in the studied examples will be for single quantum mechanical states. Any density matrix (also that capturing a system having a mixed state in any region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>) may be expressed as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si108.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> with a pure state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si109.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that extends over a volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si110.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⊃</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> <ce:cross-refs refid="br0570 br0580" id="crs0110">[57,58]</ce:cross-refs>.</ce:para><ce:para id="pr0240">As suggested in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf1530">4</ce:cross-ref>, our effect may be realized in both quantum and classical systems. Our analysis will allow for entangled states. These states describe general situations in which the evolution operator or the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf1540">(4)</ce:cross-ref> are non-factorizable and long-range coupling/correlations between the sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> may result.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0060"><ce:label>6</ce:label><ce:section-title id="st0070">Dual examples with non-fluctuating external drives</ce:section-title><ce:para id="pr0250">The existence of finite connected correlations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si111.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf1550">(3)</ce:cross-ref>) for far separated sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si112.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> is at odds with common lore. Before turning to more formal general aspects, we illustrate how this occurs in two classes of archetypical systems – (i) any globally <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si113.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> symmetric (arbitrary graph or lattice) spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> model in an external magnetic field (discussed next in Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf1560">6.1</ce:cross-ref>) and (ii) dual hard core Bose systems on the same graphs or latices (Section <ce:cross-ref refid="se0110" id="crf1570">6.2</ce:cross-ref>). In these models, the external fields/terms (magnetic fields in (i) or doping in (ii)) are constant. Although (i) and (ii) constitute two well known (and very general) intractable many-body theories, as we will demonstrate, the analysis of the fluctuations becomes identical to that associated with an integrable one body problem. In the context of example (i), this effective single body problem will be associated with the total system spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. This simplification will enable us to arrive at exact results. Similar to Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf1580">5</ce:cross-ref>, the analysis below is within the framework of procedure (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf1590">2</ce:cross-ref> – that of an explicitly time varying Hamiltonian in a closed system with no environment. The initial system states that we will consider are eigenstates of the system Hamiltonian. Thus, these states match like the equilibrium states have a vanishing variance of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. When the Eigenstate Thermalization Hypothesis <ce:cross-refs refid="br0370 br0380 br0390 br0400 br0410 br0420 br0430 br0440 br0450" id="crs0120">[37–45]</ce:cross-refs> holds, an eigenstate may represent an equilibrium state. Repeating the calculations in this Section, one may verify that superposing eigenstates of nearly equal energy will not alter our finding of a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> after the system couples to an external field such that it energy density varies at a finite rate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si115.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. These initial states will, nonetheless, display nontrivial correlations that are elaborated on in significant depth in the Appendices. In Section <ce:cross-ref refid="se0120" id="crf1600">7</ce:cross-ref>, we will analyze other models with initial states that do not exhibit any nontrivial correlations.</ce:para><ce:section id="se0070"><ce:label>6.1</ce:label><ce:section-title id="st0080">Rotationally invariant spin models on all graphs (including lattices in general dimensions)</ce:section-title><ce:para id="pr0260">In what follows, we consider a general rotationally symmetric spin model (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si116.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) of local spin-<ce:italic>S</ce:italic> moments augmented by a uniform magnetic field.<ce:display><ce:formula id="fm0070"><ce:label>(6)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si117.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Amongst many other possibilities, the general rotationally symmetric Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si116.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may be a typical spin interaction of the type<ce:display><ce:formula id="fm0080"><ce:label>(7)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si118.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with arbitrary Heisenberg spin exchange couplings <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si119.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> augmented by conventional higher order rotationally symmetric terms. We reiterate that the model of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1610">(6)</ce:cross-ref> is defined on any graph (including lattices in any number of spatial dimensions).</ce:para><ce:section id="se0080"><ce:label>6.1.1</ce:label><ce:section-title id="st0090">Quantum spin system</ce:section-title><ce:para id="pr0270">In the upcoming analysis, we will label the eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (and their energies) by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si121.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> (having, respectively, energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si122.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>). We will employ the total spin operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si123.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Since <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si124.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, all eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may be simultaneously diagonalized with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (with eigenvalue <ce:italic>mħ</ce:italic>) and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si126.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (with eigenvalue <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si127.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>). Thus, any eigenstate of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1620">(6)</ce:cross-ref> may be written as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1061.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si129.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denoting all additional quantum numbers labeling the eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> in a given sector of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0590" id="crf1630">[59]</ce:cross-ref>. Although our results apply for local spins of any size <ce:italic>S</ce:italic>, in order to elucidate certain aspects, we will often allude to spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> systems. For any eigenstate having a general <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si131.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math>, the associated density matrix is not of the local tensor product form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf1640">(5)</ce:cross-ref>. Rather, any such eigenstate is a particular superposition of spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> product states having a total fixed value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. The state of maximal total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (which can be trivially shown to be a non-degenerate eigenstate for any value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, see Appendix <ce:cross-ref refid="se0440" id="crf1650">H</ce:cross-ref>) corresponds to a symmetric equal amplitude superposition of all such product states of a given <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (i.e., such a sum of all product states of the type <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si133.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> in which there are a total of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si134.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> single spin of up/down polarizations along the <ce:italic>z</ce:italic> axis). We set an arbitrary eigenstate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> to be the initial state (at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. The energy density (and the global energy itself) will have a vanishing standard deviation in any such initially chosen eigenstate, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. We next evolve this initial (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) state via a “cooling/heating process” wherein the energy (as measured by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) is varied by replacing, during the period of time in which the system is cooled or heated, the Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1660">(6)</ce:cross-ref> by a time dependent transverse field Hamiltonian (see Section <ce:cross-ref refid="se0100" id="crf1670">6.1.3</ce:cross-ref> for restrictions imposed by causality)<ce:display><ce:formula id="fm0090"><ce:label>(8)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si137.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> It is important to note that, similar to all models studied in this Section, the value of the external field is “sharp” at all times <ce:italic>t</ce:italic> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si138.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> exhibits no statistical or other fluctuations). At <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the system Hamiltonian varies instantaneously (a particular realization of procedure (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf1680">2</ce:cross-ref>) from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Once the “cooling/heating process” terminates at a final time (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si139.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), the system Hamiltonian becomes, once again, the original Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1690">(6)</ce:cross-ref>. Once again, in this case, the change of the Hamiltonian at the final time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is instantaneous. In accord with the discussion in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf1700">4</ce:cross-ref>, in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf1710">(8)</ce:cross-ref>, a finite fraction (in this case all) of the system degrees of freedom (i.e., the spins) couple to the external drive/bath (the external transverse field). Such a global coupling is necessary to achieve a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>. During the evolution with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the spins globally precess about the <ce:italic>y</ce:italic> axis. Thus, after a time <ce:italic>t</ce:italic>, the energy per lattice site is changed (relative to its initial value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si140.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) by an amount <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si141.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si142.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. In the terminology of <ce:cross-refs refid="br0130 br0140 br0150 br0160 br0240" id="crs0130">[13–16,24]</ce:cross-refs>, this energy density shift represents the work done per site. When <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si143.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the energy density of the system is generally increased relative to its initial value while for negative <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si144.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, the system is “cooled” relative to its initial energy density. For all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si146.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> exhibits consecutive cooling and heating periods. Employing the shorthand <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1419.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si148.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is<ce:display><ce:formula id="fm0100"><ce:label>(9)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si149.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> We briefly elaborate on the physically transparent derivation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf1720">(9)</ce:cross-ref>. The applied transverse field generates a global Larmor precession of the spins about the <ce:italic>y</ce:italic>-axis. While the first term of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1730">(6)</ce:cross-ref> is manifestly invariant under rotations, the second term (that of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si150.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) will change. In the Heisenberg picture after the evolution with the transverse field, each local <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si151.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> transforms into <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si152.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Since in any eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (including <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>), the expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si153.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the only non-vanishing contributions to the variance of the Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1740">(6)</ce:cross-ref> will originate from the expectation value of the square of the second term of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and thus (up to a trivial prefactor of (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si154.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>)) from<ce:display><ce:formula id="fm0110"><ce:label>(10)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si155.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0002"><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0002" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Substituting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1419.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (and rescaling by a factor of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si157.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> to determine the variance of the energy density) leads to the square of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf1750">(9)</ce:cross-ref>. A standard deviation comparable to that of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf1760">(9)</ce:cross-ref> appears not only for a single eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> but also for any other initial states having an uncertainty in the total energy that is not extensive. When <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si158.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> (or −1) with the total spin being maximal, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is a product state of all spins being maximally up (or all spins pointing maximally down). Even in the state of maximal spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, so long as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, the standard deviation will generally be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1301.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Furthermore, although they are statistically preferable values for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> when adding angular momenta in the large <ce:italic>N</ce:italic> limit (e.g., Appendix <ce:cross-ref refid="se0440" id="crf1770">H</ce:cross-ref>), regardless of the form of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si116.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (for instance, irrespective of the specific couplings in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0080" id="crf1780">(7)</ce:cross-ref>), in this <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> limit, states of vanishingly small <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si162.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> will not allow for a finite change of the energy density, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si163.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, via the application of the transverse field (as embodied by the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). Indeed, the central point that we wish to emphasize and is evident in our example of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1790">(6)</ce:cross-ref> is that, generally, when the energy density Δ<ce:italic>ϵ</ce:italic> does change at a non-vanishing rate, a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si164.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> is all but inevitable.</ce:para><ce:para id="pr0280">Away from the singular <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si165.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> limit, spatial long range entanglement develops. When <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si166.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the scaled standard deviation of the energy density is, for general times, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si167.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and, as we will elucidate in Appendix <ce:cross-ref refid="se0420" id="crf1800">G.1</ce:cross-ref>, a macroscopic (logarithmic in system size) entanglement entropy appears. A comparable standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> appears not only for the eigenstate but also for states initial having an energy uncertainty of order <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (in units of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si169.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:math>) (e.g., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si170.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si171.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). In the following, we briefly remark on the simplest case of a constant (time independent) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si172.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Here, the time required to first achieve <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si173.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> starting from an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si174.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. This requisite waiting time is independent of the system size (as it must be in this model where a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is brought about by the sum of local decoupled transverse magnetic field terms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). The large standard deviation implies (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf1810">(3)</ce:cross-ref>) that long range connected correlations of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1036.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> emerge once the state is rotated under the evolution with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. This large standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si175.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> appears in the rotated state displaying (at all sites <ce:italic>i</ce:italic>) a uniform value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si176.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. Even though there are no connected correlations of the energy densities themselves in the initial state, the non-local entanglement enables long range correlations of the local energy densities once the system is evolved with a transverse field. The variance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> should not, of course, be confused with the spread of energy densities that the system assumes as it evolves (e.g., for the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si178.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> state, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1301.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> while the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si146.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> does not vary with time). We nonetheless remark that the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> vanishes at the discrete times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si179.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (with <ce:italic>k</ce:italic> an integer) – the very same times where the rate of change of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si146.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is zero.</ce:para><ce:para id="pr0290">We now turn to the higher order moments of the fluctuations of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si180.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> states evolved with Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf1820">(8)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si181.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si182.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>. (The standard deviation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf1830">(9)</ce:cross-ref> corresponds to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si183.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>.) Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si184.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the Heisenberg picture Hamiltonian and the expectation value is taken in the initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si185.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si186.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si187.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:math>. Trivially, for all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si188.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si189.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, the matrix element of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si190.svg"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> between any two eigenstates, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si191.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Thus, the only non-vanishing contributions to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si192.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> stem from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si193.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. This expectation value may be finite only for even <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si194.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:math>. Thus, in what follows, we set <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si195.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:math> with <ce:italic>g</ce:italic> being a natural number. For <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, when expressing the expectation value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si197.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> longhand in terms of spin raising and lowering operators, one notices that, in this large <ce:italic>N</ce:italic> limit, each individual term containing an equal number of raising and lowering operators yields an identical contribution (proportional to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si198.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) to the expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si197.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. Since there are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si200.svg"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:math> such contributions, for all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si201.svg"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> in the thermodynamic (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>) limit, the expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si202.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. We write the final (Schrodinger picture) state at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si139.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si203.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. The probability distribution of the energy density of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf1840">(2)</ce:cross-ref> reads<ce:display><ce:formula id="fm0120"><ce:label>(11)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si204.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> In this example, the Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si205.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (and the associated operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) remains local for all times. In general systems, the time evolved Heisenberg picture Hamiltonian need not be spatially local. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0120" id="crf1850">(11)</ce:cross-ref> describes the probability distribution associated with the “wave packet” intuitively discussed in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf1860">4</ce:cross-ref> (a “packet” that is now given by the amplitudes <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si206.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> in our eigenvalue decomposition of the final state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si207.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>). The averaged moments of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si208.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si209.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. Here, as throughout, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si210.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> is the energy density in the final state (i.e., the average of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si211.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> when weighted with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). More generally, the expectation value of a general function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si212.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (or, equivalently, of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si214.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in the above defined final Schrodinger picture state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si207.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>) is given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si215.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The mean value of each Fourier component <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si216.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> when evaluated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is<ce:display><ce:formula id="fm0130"><ce:label>(12)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si217.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si218.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is a Bessel function. An inverse Fourier transformation then yields<ce:display><ce:formula id="fm0140"><ce:label>(13)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si219.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, as earlier, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si220.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> denotes the difference between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si211.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and the value of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si146.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The Heaviside function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si221.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf1870">(13)</ce:cross-ref> captures the fact that the spectrum of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is bounded. Similar results apply to boundary couplings <ce:cross-ref refid="br0600" id="crf1880">[60]</ce:cross-ref>. The distribution of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf1890">(13)</ce:cross-ref> may also be rationalized geometrically as we will shortly discuss (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0170" id="crf1900">(16)</ce:cross-ref>). Comparing our result of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf1910">(13)</ce:cross-ref> to known cases, we remark that, where it is non-vanishing, the distribution of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf1920">(13)</ce:cross-ref> is the reciprocal of the Wigner's semi-circle law governing the eigenvalues of random Hamiltonians and the associated distributions of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0120" id="crf1930">(11)</ce:cross-ref>, e.g., <ce:cross-ref refid="br0610" id="crf1940">[61]</ce:cross-ref>. We stress that Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf1950">(13)</ce:cross-ref> is exact for the general spin Hamiltonians of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf1960">(6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf1970">(8)</ce:cross-ref> and does not hinge on assumed eigenvalue distributions of effective random matrices.</ce:para><ce:para id="pr0300">Performing additional calculations, we find qualitatively similar results for analogous “cooling/heating” protocols. For instance, one may consider, at intermediate times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si222.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the Hamiltonian governing the system to be that of a time independent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (i.e., one with a constant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si223.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) augmenting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> instead of replacing it. That is, we may consider, at times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si222.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the total Hamiltonian to be<ce:display><ce:formula id="fm0150"><ce:label>(14)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si224.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> For such an augmented total Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si225.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> precesses around direction of the applied external field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si227.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. An elementary calculation analogous to that leading to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf1980">(9)</ce:cross-ref> then demonstrates that the corresponding standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si228.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> of the energy density at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si139.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0160"><ce:label>(15)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si229.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0003"><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0003" linebreakstyle="before">×</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> We wish to stress that if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> then, as in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf1990">(9)</ce:cross-ref>, the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si231.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for general times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The distribution of the energy density following an evolution with this augmented Hamiltonian will, once again, be given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf2000">(13)</ce:cross-ref> for macroscopic systems of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>. The reader can readily see how such spin model calculations may be extended to many other exactly solvable cases. The central point that we wish to underscore is that <ce:italic>a broad distribution of the energy density</ce:italic>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si232.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, is obtained in all of these exactly solvable spin models in general dimensions.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0090"><ce:label>6.1.2</ce:label><ce:section-title id="st0100">Semi-classical spin systems and a geometrical interpretation</ce:section-title><ce:para id="pr0310">The results that we just derived are valid for any spin <ce:italic>S</ce:italic> realization of the Hamiltonians of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2010">(6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2020">(8)</ce:cross-ref>. The standard deviations of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2030">(9)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0160" id="crf2040">(15)</ce:cross-ref> remain finite for all <ce:italic>S</ce:italic> (with a scale set by the external magnetic field energies in these Hamiltonians). As long known <ce:cross-refs refid="br0620 br0630" id="crs0140">[62,63]</ce:cross-refs>, the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si233.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> limit yields classical renditions of respective quantum spin models. Thus, the finite standard deviation of the energy density in individual eigenstates (Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2050">(9)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0160" id="crf2060">(15)</ce:cross-ref>) and in thermal states formed by these eigenstates implies that the standard deviation of the energy density <ce:italic>remains finite in the classical limit</ce:italic> (as was suggested by the general arguments associated with Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf2070">(4)</ce:cross-ref>). More strongly, all that mattered in our earlier calculation of Section <ce:cross-ref refid="se0080" id="crf2080">6.1.1</ce:cross-ref> were the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> values. If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then even if the size of the spin <ce:italic>S</ce:italic> at each lattice site is small, the total system spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is a macroscopic classical quantity and our results may be reproduced by a computation for semi-classical spins. Indeed, an explicit calculation for classical spin states trivially illustrates that a finite standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si164.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> may arise in semi-classical systems <ce:cross-ref refid="br0640" id="crf2090">[64]</ce:cross-ref>. To make this explicit, we now perform such a computation. This rather elementary calculation will link the geometry of the manifold of possible <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> values to the full distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of the possible energy densities. Towards this end, we parameterize the semi-classical total spin by a vector <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> on a sphere of fixed radius <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (the application of the transverse field Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2100">(8)</ce:cross-ref> does not alter <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si234.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>). Herein, at any time <ce:italic>t</ce:italic>, the vector <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si114.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may correspond, with equal probability, to any vector on a circular ring, see, e.g., <ce:cross-refs refid="fg0040 fg0050" id="crs0600">Figs. 4 and 5</ce:cross-refs><ce:float-anchor refid="fg0040"/><ce:float-anchor refid="fg0050"/>.</ce:para><ce:para id="pr0320">In Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf2130">(13)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si220.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> denotes the difference between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si211.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and the average energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si146.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. At time <ce:italic>t</ce:italic>, along a ring (see, e.g., <ce:cross-ref refid="fg0050" id="crf2140">Fig. 5</ce:cross-ref>), that is further parameterized by an azimuthal angle <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si236.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, the possible values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si237.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si238.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si239.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> becomes the polar angle of the center of mass of the ring (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si239.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the angle between (i) a vector connecting the origin to the center of the center of the ring (see, e.g., <ce:cross-refs refid="fg0040 fg0050" id="crs0610">Figs. 4 and 5</ce:cross-refs>) and (ii) a vector along the positive <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> axis). The expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si240.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is that of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> in the time evolved state (classically, it is the average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> around the full ring (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si241.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:math>) at time <ce:italic>t</ce:italic>), i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si242.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The possible values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si243.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> appear symmetrically twice in the interval <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si241.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:math>. We may thus consider only <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si245.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi></mml:math>. By the normalization of the probability distribution for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si236.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and the corresponding probability distribution for the energy density, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si246.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. Thus,<ce:display><ce:formula id="fm0170"><ce:label>(16)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si247.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Combining Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2170">(9)</ce:cross-ref> (which may derived from a geometric analysis of <ce:cross-ref refid="fg0050" id="crf2180">Fig. 5</ce:cross-ref> as we next explain) with Eq. <ce:cross-ref refid="fm0170" id="crf2190">(16)</ce:cross-ref> then provides Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf2200">(13)</ce:cross-ref>. We may indeed readily calculate the spread <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si248.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> values and rationalize the finite standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2210">(9)</ce:cross-ref> from simple geometric considerations, when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si249.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is set to zero (the semi-classical limit). From geometry, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si250.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">ring</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si251.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">ring</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si252.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the radius of gyration of the ring of <ce:cross-ref refid="fg0050" id="crf2220">Fig. 5</ce:cross-ref> (corresponding to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si253.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>) about an axis parallel to the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> axis that passes through the center of mass of this ring. The finite radius of gyration <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si254.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> implies a spread of energy densities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si255.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> at general times. This semi-classical result for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> coincides with Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2230">(9)</ce:cross-ref>. We will further comment on the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si256.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> states below and at the end of Section <ce:cross-ref refid="se0100" id="crf2240">6.1.3</ce:cross-ref>. We now first briefly comment on another trivial limiting case. When <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si257.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the initial state will correspond, in the description of <ce:cross-ref refid="fg0040" id="crf2250">Fig. 4</ce:cross-ref>, to the equator. Applying a transverse field will then lead to a rotation of the equator around the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si235.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> axis; this so generated ring (another great circle on the sphere) will, generally, display a non-vanishing spread of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si258.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> values (leading to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si232.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>). However, when the initial state has <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si257.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, such a rotation will not yield any change in the energy density, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si17.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. This trivial limiting case illustrates that, as a matter of principle, a finite rate of variation of the energy density is not mandatory in order to a finite have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. As we demonstrate in the current work, the converse statement holds (a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> implies a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>).</ce:para><ce:para id="pr0330">Although the Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2260">(6)</ce:cross-ref> is extremely general as are its eigenstates of high total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (e.g., states of large total spin in typical low temperature ferromagnets), characteristic equilibrium states of this Hamiltonian will correspond to a special subset having <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si256.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> (that is, the total spin will be polarized along the externally applied field direction). As we discussed earlier, such equilibrium states will thus emulate product states (in which all individual spins assume the same polarization). Thus, as was indeed evident in Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2270">(9)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0160" id="crf2280">(15)</ce:cross-ref>, when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si260.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, the broadening <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. In a related vein, the fully polarized state – a coherent spin state on a sphere of radius <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> – is rotated “en block” without any other change of the wavefunction under the action of a transverse field. To see the effect for our exactly solvable system, we have to go away from the limit <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si256.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>. Away from this limit, the state of the system evolves non-trivially. In the parlance of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf2290">4</ce:cross-ref>, when evolving under the transverse field Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2300">(8)</ce:cross-ref>, the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si262.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> spin state is not merely “translated” (rotated on a sphere of radius <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) with no other accompanying changes. Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf2310">J</ce:cross-ref> discusses a gedanken experiment in which starting from an equilibrium state, one may apply transverse fields and let the closed system equilibrate anew so as to generate a state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si264.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0100"><ce:label>6.1.3</ce:label><ce:section-title id="st0110">Causality, correlations, and a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si15.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></ce:section-title><ce:para id="pr0340">We now return to the qualitative discussion of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf2320">4</ce:cross-ref> concerning the causal generation of long range correlations in real physical systems. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf2330">(4)</ce:cross-ref> suggests that long-range correlations emerge from the coupling between an external environment (which we have not explicitly included in the model system in this Section) to the system bulk (e.g., the global coupling of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2340">(8)</ce:cross-ref>). As we will demonstrate in Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf2350">B</ce:cross-ref>, compounding the lack of causal correlations in relativistic systems, when the environment is included also in non-relativistic systems obeying Lieb-Robinson type bounds <ce:cross-refs refid="br0080 br0090 br0100 br0110 br0300" id="crs0150">[8–11,30]</ce:cross-refs>, a finite rate of variation of the energy density cannot appear at short times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si266.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, generally, effective global couplings such as those of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2360">(8)</ce:cross-ref> cannot appear instantaneously. We wish to reiterate this particular point. Without the bulk coupling of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2370">(8)</ce:cross-ref> (and ensuing correlations), the system cannot exhibit a finite rate of change of its energy density (i.e., without such a global coupling, the latter rate of change <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si267.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>). It is only <ce:italic>after long enough times</ce:italic> (such as those implied by the Lieb-Robinson bounds of Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf2380">B</ce:cross-ref>), at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si39.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, that a global coupling such as that of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2390">(8)</ce:cross-ref> may appear in effective descriptions not explicitly involving an external environment. Only at these sufficiently long times, our obtained results for the correlations hold.</ce:para><ce:para id="pr0350">We note anew that in an equilibrium state of the Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2400">(6)</ce:cross-ref>, the total spin will be polarized along the applied field direction and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si158.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>. In such a case, for the realization of various gedanken experiments (e.g., Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf2410">J</ce:cross-ref>), long-range correlations (Appendix <ce:cross-ref refid="se0450" id="crf2420">I</ce:cross-ref>) may indeed appear in the system after a time that scales with the system size.</ce:para><ce:para id="pr0360">As noted after Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2430">(9)</ce:cross-ref>, the calculation of the energy density and its standard deviation for a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si256.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> system evolving under Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2440">(8)</ce:cross-ref> is identically the same as that for a product state of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si268.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:math> spins. In the representation of Section <ce:cross-ref refid="se0090" id="crf2450">6.1.2</ce:cross-ref>, such an initial ferromagnetic state will correspond to a single point on the sphere (the north or south pole) instead of the ring in <ce:cross-ref refid="fg0040" id="crf2460">Fig. 4</ce:cross-ref>; a rotation by a transverse field as depicted in <ce:cross-ref refid="fg0050" id="crf10110">Fig. 5</ce:cross-ref> will then lead to this point rotated elsewhere – there will not any spread of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> values and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. That such a ferromagnetic state (akin to the product states discussed earlier) exhibits no spread of the energy density is consistent with Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf2470">5</ce:cross-ref>. Further, in tandem with our main thesis concerning a typical general trend between the energy changes and long range correlations, for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si269.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> states, at those times at which the energy density changes at a vanishing rate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si17.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> (corresponding to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1166.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mod</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>), the standard deviations of the energy density (and the associated long-range correlations that it implies) also vanishes, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>.</ce:para></ce:section></ce:section><ce:section id="se0110"><ce:label>6.2</ce:label><ce:section-title id="st0120">Itinerant hard core Bose systems</ce:section-title><ce:para id="pr0370">Our spin model of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf2490">6.1</ce:cross-ref> can be defined for local spins of any size <ce:italic>S</ce:italic>. The function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf2500">(13)</ce:cross-ref> characterizing our investigated states is not a very typical probability distribution. However, the non-local entangled character of states having a finite energy density relative to the ground state is pervasive for thermal states. This model can be recast in different ways. In what follows we focus on the spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> realization of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2510">(6)</ce:cross-ref>. The Matsubara-Matsuda transformation <ce:cross-refs refid="br0650 br0660" id="crs0160">[65,66]</ce:cross-refs> maps the algebra of spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> operators onto that of hard core bosons. Such hard core bosons may, e.g., emulate Cooper pairs in superconductors in the limit of short coherence length. Specifically, the hard core bosonic number operator at site <ce:italic>i</ce:italic> is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si271.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si272.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si273.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> the annihilation and creation operators of hard core bosons (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si274.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si275.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). Following this transformation, the spin Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2520">(6)</ce:cross-ref> is converted into its hard core bosonic dual,<ce:display><ce:formula id="fm0180"><ce:label>(17)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si276.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The above Hamiltonian describes hard core bosons hopping (with amplitudes <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si106.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) on the same <ce:italic>d</ce:italic>-dimensional lattice, featuring attractive interactions and a chemical potential set by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si277.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Here, the transverse field cooling/heating Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> transforms into<ce:display><ce:formula id="fm0190"><ce:label>(18)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si278.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> a Hamiltonian that alters the number of the bosons (thereby “doping” the system). In the context of Cooper pairs of short coherence length emulating hard core bosons, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si279.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may describe the effect of Cooper pairs injected/removed from the system from a surrounding environment comprised of a bulk superconductor. The hard core Bose states are symmetric under all pairwise permutations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si280.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the bosons at occupied sites. The bosonic dual of, e.g., the specific spin product state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si133.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> corresponds to the symmetrized state of a fixed total number of hard core bosons that are placed on the graph (or lattice) sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si282.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, the bosonic dual of an initial spin state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> with a total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si283.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> is an initial hard core Bose state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si284.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that is an equal amplitude superstition of all real space product states with the same total number of hard core bosons (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si285.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">m</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>) distributed over the <ce:italic>N</ce:italic> lattice sites (an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si286.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that adheres to the fully symmetric bosonic statistics). Evolving (during times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si222.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) this initial state with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si287.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the standard deviation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf2530">(9)</ce:cross-ref> and the distribution of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf2540">(13)</ce:cross-ref> are left unchanged, apart from a trivial rescaling by <ce:italic>ħ</ce:italic> (e.g., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si288.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math> for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si289.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>). Similar to our discussion of the dual spin system of the previous subsection, the finite standard deviation in this energy density (and of the associated particle density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si290.svg"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) does not imply that the “doping” is, explicitly, spatially inhomogeneous (indeed, at all times, the expectation value of the particle number <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si291.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> stays uniform for all lattice sites <ce:italic>i</ce:italic>).</ce:para><ce:para id="pr0380">We conclude this subsection with three weaker statements regarding viable extensions of the results that we derived for hard core bosonic systems on general graphs (these graphs include lattices in general dimensions).</ce:para><ce:para id="pr0390">(a) We may relate the above lattice theory to <ce:italic>a continuum scalar field theory</ce:italic> in the usual way. Doing so, it is readily seen that for a continuous scaled <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si292.svg"><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> field replacing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si293.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the canonical Hamiltonian density<ce:display><ce:formula id="fm0200"><ce:label>(19)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si294.svg"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> qualitatively constitutes a lowest order continuum rendition of the hard core Bose lattice model of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0180" id="crf2550">(17)</ce:cross-ref> for a system with uniform nearest neighbor couplings <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si106.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. A large value of the constant <ce:italic>u</ce:italic> in generic bosonic <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si295.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> field theories of the type of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0200" id="crf2560">(19)</ce:cross-ref> yields a large local repulsion between the bosonic fields endowing them with hard core characteristics. The continuum analog of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si279.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the volume integral of the momentum conjugate to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si292.svg"><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, during various continuous changes of the Hamiltonian, such generic scalar field theories (and myriad lattice system described by them) may exhibit the broad <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that we derived for some of their lattice counterpart in this subsection.</ce:para><ce:para id="pr0400">(b) The models of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2570">(6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0180" id="crf2580">(17)</ce:cross-ref> were defined on arbitrary graphs (including lattices in general spatial dimensions). Identical results apply for <ce:italic>spineless fermions</ce:italic> on one dimensional chains with non-negative nearest neighbor hopping amplitudes/coupling constants <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si119.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> and analogs of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si279.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> capturing a non-local coupling of the system to the external bath. These spinless Fermi systems may be engineered by applying the Jordan-Wigner transformation <ce:cross-ref refid="br0670" id="crf2590">[67]</ce:cross-ref> to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2600">(6)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0410">(c) <ce:italic>Phonons in anharmonic solids</ce:italic>. One may apply the Holstein-Primakoff transformation,<ce:display><ce:formula id="fm0210"><ce:label>(20)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si296.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> to express the local spin operators in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2610">(6)</ce:cross-ref> in terms of bosonic creation/annihilation operators (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si297.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si298.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). The resulting bosonic Hamiltonian may then be expanded in a series in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si299.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:math> (as in conventional <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si299.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:math> expansions) <ce:cross-ref refid="br0700" id="crf2620">[70]</ce:cross-ref>. When Fourier transformed, the Hamiltonian describes coupled bosonic modes (involving the bosonic creation/annihilation operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si300.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si301.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at different Fourier modes <ce:italic>k</ce:italic>) such as those of phonons in anharmonic solids. Here, the heating/cooling protocol of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf2630">6.1</ce:cross-ref> corresponds to the creation/annihilation of phonons and leads to identical results for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. (Contrary to the anharmonic system, in harmonic theories, the eigenstates have a product state form and some of intuition underlying the product states of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf2640">5</ce:cross-ref> comes to life. For completeness, we remark that for harmonic systems, the individual interactions terms in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf2650">(1)</ce:cross-ref> are unbounded unlike those discussed in Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf2660">5</ce:cross-ref>.) A Schwinger boson representation may similarly express the spin system of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf2670">(6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2680">(8)</ce:cross-ref> in terms of bosonic modes.</ce:para></ce:section></ce:section><ce:section id="se0120"><ce:label>7</ce:label><ce:section-title id="st0130">Long range correlations induced by a common environment – simple solvable limits</ce:section-title><ce:para id="pr0420">We now turn to systems akin to those of type (2) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf2690">2</ce:cross-ref> illustrating the possible effect of an environment common to all the local degrees of freedom. As noted in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf2700">4</ce:cross-ref> (and schematically depicted in <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf2710">Fig. 3</ce:cross-ref>), in order to achieve a finite rate of change of the system energy density, there must be a coupling between the bulk of the system and its environment. The models that we study in this Section will explicitly include such a coupling. We will consider situations in which the driving environment will not initially be in an eigenstate of the full Hamiltonian, and thus exhibit fluctuations. Hence, some of the tractable models that we introduce in this Section may also be viewed as belonging to category (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf2720">2</ce:cross-ref> in which (unlike the models of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf2730">6</ce:cross-ref>), the driving parameters in the Hamiltonian (including any external fields) are replaced by operators that display a finite variance.</ce:para><ce:para id="pr0430">In the general evolution operator of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf2740">(4)</ce:cross-ref>, the coupling between the system and the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si69.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may include both local stochastic effects of the environment coupling to the system (e.g., photon/phonon/…exchange coupling local degrees of freedom in the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> to local ones in the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>) as well coupling between collective degrees of freedom (if any) characterizing an external drive and the system bulk. For instance, in Joule's heating experiment in which a large dropping mass heats a fluid by causing a paddle to stir, the height of the macroscopic dropping mass serves as a collective coordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> associated with the environment that, at sufficiently long times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si39.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may couple to a finite fraction of the fluid (the system) that it heats a non-vanishing rate. Similarly, an external piston pressing on a gaseous system may couple and lead to bulk effects. In other instances, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> may correspond to another collective degree of freedom (or “switch”) that leads to a bulk coupling of the system to its environment. In these and other cases, the coupling between the environment and the individual system degrees of freedom is, on average, of uniform sign (see, e.g., Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf2750">C</ce:cross-ref> for further discussion and simple proof concerning uniform sign correlations mandated by a finite rate of change of the energy density). Augmenting changes in such collective coordinates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>, there are many other local stochastic degrees of freedom of the environment that couple to those of the system.</ce:para><ce:para id="pr0440">In this Section, we will compute correlation functions associated with exceptionally simple “central spin model” (CSM) type Hamiltonians capturing the caricature of <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf2760">Fig. 3</ce:cross-ref>; the “central spin” represents the common driving environment that couples to the bulk system spins or masses. By comparison to Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf2770">5</ce:cross-ref>, the CSM type Hamiltonians studied in this Section are not separable. In Sections <ce:cross-ref refid="se0130" id="crf2780">7.1</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="se0140" id="crf2790">7.2</ce:cross-ref>, and <ce:cross-ref refid="se0150" id="crf2800">7.3</ce:cross-ref>, we consider the environment to be a single spin. This “central spin” may generate an effective finite local field at the <ce:italic>N</ce:italic> different sites of the system. Acting together, these local fields may generate a finite rate change of the energy density. The fluctuations of the effective local fields in these exactly soluble CSMs models portraying driven non-equilibrium systems will be of finite (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) size. The fluctuations of the external drive need not tend to zero, regardless of the size of the system that this drive couples to. In Sections <ce:cross-ref refid="se0160" id="crf2810">7.4</ce:cross-ref> (in particular, Section <ce:cross-ref refid="se0180" id="crf2820">7.4.2</ce:cross-ref>) and <ce:cross-ref refid="se0190" id="crf2830">7.5</ce:cross-ref>, we solve systems in which the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is of macroscopic (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> or larger) scale. These models are not introduced to portray real systems but rather merely serve as solvable examples. The special solvable systems that we consider might be realized in, e.g., trapped ion systems in which spin-spin interactions are mediated by coupling to a common laser or other source <ce:cross-refs refid="br0680 br0690" id="crs0170">[68,69]</ce:cross-refs> in which we will now allow for fluctuations. In Section <ce:cross-ref refid="se0200" id="crf2840">7.6</ce:cross-ref>, we comment on other possible realizations in which external (electric or other) fields with uniform global fluctuations (e.g., the field between capacitor plates with a fluctuating voltage) appear. In all of the examples studied in this Section, we will illustrate the generic existence of connected local range correlations but assuming the converse – taking the initial state to be a simple product state with no such correlations – and illustrate that the system evolves to a state with long range covariance. Thus, the initial product states of this Section will, unlike those in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf2850">6</ce:cross-ref>, be devoid of any non-trivial connected correlations. Similar to the models of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf2860">6</ce:cross-ref>, we consider these initial states are eigenstates of the system Hamiltonian (trivially satisfying <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> as expected in equilibrium systems in the absence of an external environment driving the system).</ce:para><ce:section id="se0130"><ce:label>7.1</ce:label><ce:section-title id="st0140">Non-interacting Ising system</ce:section-title><ce:para id="pr0450">We will first examine a very simple bare CSM model. In the notation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf2870">(4)</ce:cross-ref>, we consider the spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> time independent Hamiltonians describing the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> (of <ce:italic>N</ce:italic> spins) and the coupling between the system an its environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> to be given by<ce:display><ce:formula id="fm0220"><ce:label>(21)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si304.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0004"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0004" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> We will allow the environment only Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1356.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> to be any function (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si306.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si307.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si307.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is a projection operator on the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> “central spin” (the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>) that couples to each of the system spins in <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf2880">Fig. 3</ce:cross-ref>. Specifically, we choose <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si308.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Unlike the models of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf2890">6</ce:cross-ref> and Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf2900">(8)</ce:cross-ref> in particular, the effective transverse magnetic field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si309.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is not a constant c-number but rather an operator that exhibits a finite standard deviation in general states of the system-environment hybrid. In the limit of dominant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si310.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, the temporal evolution with the full Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf2910">(4)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si311.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may be replaced by one with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si310.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. In the Heisenberg picture, as employed in Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf2920">6.1</ce:cross-ref>, the system spins will perform standard precessions yet now with a “transverse field” that is not a constant c-number but rather a bona fide (collective) degree of freedom <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> (that of the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>), i.e., the Heisenberg picture operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si313.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. To motivate the general emergence of long range connected correlations as the system evolves, we consider the initial (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) state to enjoy no such correlations. Specifically, we consider the initial state to be given, in the local <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si314.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> product basis, by a simple spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> ferromagnetic product state (an eigenstate (ground state) of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si315.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>) of the system multiplied by the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si316.svg"><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> eigenstate of the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si317.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> coupling to all system spins,<ce:display><ce:formula id="fm0230"><ce:label>(22)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si318.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display></ce:para><ce:para id="pr0460">Evolving under <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1366.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, the rate of change of the system energy density<ce:display><ce:formula id="fm0240"><ce:label>(23)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si320.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si321.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> denoting the Heisenberg picture system Hamiltonian. Concurrently, the connected correlator<ce:display><ce:formula id="fm0250"><ce:label>(24)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si322.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> For general times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si323.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≢</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mod</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, this finite covariance is (by the very nature of this problem) the same for all pairs <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si324.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math> and is thus trivially independent of the spatial distance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si4.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> between sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic>. This independence is not surprising since, in the absence of interactions in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si325.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the effective coupling between any two system spins at sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> to each other via the “central” spin that is afforded by the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is independent of the separation between the two sites (the graph of <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf2930">Fig. 3</ce:cross-ref> in the absence of intra-system couplings). The non-vanishing covariance between the spins in this example can be traced to the fluctuations of the environment (the variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si307.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> in the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si326.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>). In <ce:cross-ref refid="br0710" id="crf2940">[71]</ce:cross-ref>, we briefly discuss the standard deviations of the energy density in this system and related aspects.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0140"><ce:label>7.2</ce:label><ce:section-title id="st0150">Spin chain</ce:section-title><ce:para id="pr0470">We next consider a particular spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> chain (IC) (with periodic boundary conditions) with nearest neighbor (n.n.) interactions coupled to a central (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>) spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0260"><ce:label>(25)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si327.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0005"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0005" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Similar to the example of the previous subsection, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si328.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> may be a general function of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si307.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si308.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Once again, for simplicity, we consider the limit, where the system evolves under the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si329.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and the initial state of the environment to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si330.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (the eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si317.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> corresponding to an eigenvalue of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si332.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). Longhand, the time evolved system “bonds” in the system Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si333.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> become <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si334.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The sinusoidal time variation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si335.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> implies that for general states, the system energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si336.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> may similarly vary at a finite rate. We consider (in order to demonstrate, by contradiction, the existence of connected long range correlations at finite <ce:italic>t</ce:italic>) the initial system state to exhibit no long range covariance between the bilinears <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si337.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si338.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for all spin polarizations (each of the spin components <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si339.svg"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> may be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si340.svg"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>, or <ce:italic>z</ce:italic>) for far separated sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si341.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (e.g., simple product form states of the form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0230" id="crf2950">(22)</ce:cross-ref> and other generic states with short range correlations). In other words, in the initial state, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si342.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si341.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Inserting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si335.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the covariance of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf2960">(3)</ce:cross-ref>), for such distant sites<ce:display><ce:formula id="fm0270"><ce:label>(26)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si343.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="mmlbr0006" linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0006" linebreakstyle="before">×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> We reiterate that in computing the expectation value above, we took the environment state to be in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si332.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si317.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. Now, the expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si344.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is, up to a constant multiplicative factor, the energy density, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si345.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> which for general equilibrium states is finite. This, in turns, implies a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at general times for such distant sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si341.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0150"><ce:label>7.3</ce:label><ce:section-title id="st0160">Jaynes-Cummings type model</ce:section-title><ce:para id="pr0480">We next examine an analog of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0220" id="crf2970">(21)</ce:cross-ref> that, somewhat like the Jaynes-Cummings model <ce:cross-ref refid="br0720" id="crf2980">[72]</ce:cross-ref>, includes a coupling between local two state (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>) degrees of freedom and a bosonic field (a “central oscillator” coordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> in our case). Here,<ce:display><ce:formula id="fm0280"><ce:label>(27)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si347.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0007"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0007" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si348.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> is any function of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> (yet not containing the conjugate momentum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si349.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> – the environment does not evolve in time). In this model, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> is a (bosonic displacement) degree of freedom that couples linearly to each of local two level degrees of freedom at site <ce:italic>i</ce:italic>. Similar to Section <ce:cross-ref refid="se0130" id="crf2990">7.1</ce:cross-ref>, we take the initial state to be the product state of a ferromagnetic system completely polarized along the <ce:italic>z</ce:italic> axis multiplied by the state of the environment, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si350.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. For concreteness, we set <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si351.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> to be in the Gaussian in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> of standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si352.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and zero mean. Similar to Sections <ce:cross-ref refid="se0130" id="crf3000">7.1</ce:cross-ref> and <ce:cross-ref refid="se0140" id="crf3010">7.2</ce:cross-ref>, we assume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si353.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. Ignoring backaction effects of the system on the environment, the time evolved spin operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si354.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. As in the previous subsections, the sinusoidal variation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si355.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may lead, in general states, to a finite rate of variation of the expectation value of the time evolved energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si356.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. The covariance <ce:cross-ref refid="br0730" id="crf3020">[73]</ce:cross-ref><ce:display><ce:formula id="fm0290"><ce:label>(28)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si357.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="left" linebreakstyle="before" id="mmlbr0008">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0008" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> implying connected correlations between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si358.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si359.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for all system sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> (including arbitrarily large <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si4.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>). For this model, the probability density of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0020" id="crf3030">(2)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0120" id="crf3040">(11)</ce:cross-ref> for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si360.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0740" id="crf3050">[74]</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm0300"><ce:label>(29)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si361.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϑ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>α</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si362.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϑ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the third Jacobi function and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si363.svg"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>. If a kinetic term (involving the collective environment momentum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si349.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>) is included and backaction effects are not negligible, then the system will generally modify the environment. In such cases, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si364.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> denoting the Heisenberg picture oscillator coordinate, instead of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0290" id="crf3060">(28)</ce:cross-ref>, there will be contributions to the covariance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si365.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that are of the form<ce:display><ce:formula id="fm0310"><ce:label>(30)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si366.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> These expectation values are, once again, generally non-vanishing (the initial state does not, generally, need to be an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si367.svg"><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) and long range connected long range correlations will appear in the system.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0160"><ce:label>7.4</ce:label><ce:section-title id="st0170">Ideal gas type models</ce:section-title><ce:para id="pr1570">In this subsection and the next, we will discuss simple mechanical systems that will complement the spin models of the earlier subsections. The current subsection will detail two models in which the system is a non-interacting ideal gas (IG) comprised of <ce:italic>N</ce:italic> particles of mass <ce:italic>m</ce:italic>.</ce:para><ce:section id="se0170"><ce:label>7.4.1</ce:label><ce:section-title id="st0180">Static environment</ce:section-title><ce:para id="pr1580">We first consider IG type system <ce:italic>S</ce:italic> with a general bilinear mechanical coupling to a static external environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. In the convention of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf2110">(4)</ce:cross-ref> and the earlier examples studied in this Section, the system only Hamiltonian and the system-environment coupling will, respectively, be given by<ce:display><ce:formula id="fm1510"><ce:label>(31)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si368.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0009"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≡</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0009" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> We further consider the environment only Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si369.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> to be a general function of the collective coordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> including no kinetic terms (and thus associated with a static Heisenberg picture <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si370.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>). We take the initial state in this mechanical example to be a product state of each of the particles and the ground state of the environment,<ce:display><ce:formula id="fm0330"><ce:label>(32)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si371.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display></ce:para><ce:para id="pr0490">In this example, each of the system particles accelerates under the external force <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si372.svg"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0340"><ce:label>(33)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si373.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0010"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0010" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si374.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si375.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denoting the momentum and position operators at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. The rate of change of the system energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si376.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>, and, trivially,<ce:display><ce:formula id="fm0350"><ce:label>(34)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si377.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> For all <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic>, the connected correlator of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf3080">(3)</ce:cross-ref> between the time evolved local system energy densities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si378.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si379.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (i.e., the covariance between the kinetic terms <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si380.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si381.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) is<ce:display><ce:formula id="fm0360"><ce:label>(35)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si382.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Fluctuations in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> may thus trigger connected long range correlations. Classical fluctuations of the environment may yield a similar result if the density matrix of the system-environment hybrid is of the product form <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si383.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and the variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> is computed with the probability density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1432.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0180"><ce:label>7.4.2</ce:label><ce:section-title id="st0190">Harmonic oscillator environment</ce:section-title><ce:para id="pr0500">Similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0310" id="crf3090">(30)</ce:cross-ref>, if the backaction effects of the system on its environment are not negligible then integrals over the Heisenberg picture operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si385.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> may more generally be written. For concreteness, instead of a static environment Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si369.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> having no kinetic terms (as in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1510" id="crf3100">(31)</ce:cross-ref>), we will consider the environment to be a large central mechanical oscillator. The system-environment hybrid defined by Eq. <ce:cross-ref refid="fm1510" id="crf3130">(31)</ce:cross-ref> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si386.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is exactly solvable since the full Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si387.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> is quadratic <ce:cross-ref refid="br0750" id="crf3110">[75]</ce:cross-ref>. The appearance, in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si388.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, of a kinetic term (with a finite mass <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si389.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>) involving the momentum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si349.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> conjugate to the collective environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> will (unlike the model of Section <ce:cross-ref refid="se0170" id="crf3120">7.4.1</ce:cross-ref>) now endow the Heisenberg picture <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si385.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with dynamics and allow for backaction effects of the system on the environment. There are only two nontrivial mechanical eigenmodes appearing the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> that involve both the <ce:italic>N</ce:italic> particles of the system and the single collective coordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> of the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. By virtue of the uniform coupling in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si391.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, all of the system degrees of freedom only appear through their center of mass coordinate and momentum. All other <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si392.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> linearly independent eigenmodes are orthogonal to center of mass displacements and do not couple to the environment. The coupled Heisenberg (or classical) equations of motion for (I) center of mass of the system<ce:display><ce:formula id="fm0370"><ce:label>(36)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si393.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and (II) external environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> collective coordinate are<ce:display><ce:formula id="fm0380"><ce:label>(37)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si394.svg"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The eigenvalues of the dynamical matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si395.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> trivially yield one oscillatory eigenmode (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si396.svg"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> (with <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> constants)) of frequency<ce:display><ce:formula id="fm0390"><ce:label>(38)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si397.svg"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and another eigenvector <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si398.svg"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> (with constant <ce:italic>C</ce:italic> and <ce:italic>D</ce:italic>) where<ce:display><ce:formula id="fm0400"><ce:label>(39)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si399.svg"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The results of Section <ce:cross-ref refid="se0170" id="crf2120">7.4.1</ce:cross-ref> correspond to the static environment operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si370.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> arising in the limit <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si400.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0400" id="crf3150">(39)</ce:cross-ref>; the momentum in the accelerating system (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0340" id="crf3140">(33)</ce:cross-ref>) is qualitatively similar in its unbounded linear increase to the exponential <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si401.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si402.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> limit (reminiscent of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si403.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:math> with <ce:italic>z</ce:italic> replaced by an exponential in <ce:italic>t</ce:italic>). Expressing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si404.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si385.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> as linear combinations of <ce:italic>u</ce:italic> and <ce:italic>v</ce:italic> and solving for the four unknowns <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si405.svg"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:math>, and <ce:italic>D</ce:italic> by setting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si406.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si407.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>, and equating the total system and environment momenta <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si408.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si409.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> yields<ce:display><ce:formula id="fm0410"><ce:label>(40)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si410.svg"><mml:msubsup id="mmlbr0011"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="2.4ex" minsize="2.4ex">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cosh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sinh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="2.4ex" minsize="2.4ex">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0011" linebreakstyle="before">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">cosh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">sinh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> For an initial product state of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si411.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (that does not display long range connected correlations between the system degrees of freedom) and its environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si412.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, in the large system size (<ce:italic>N</ce:italic>) limit, the corresponding initial variances <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si413.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si414.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Evaluating, using Eq. <ce:cross-ref refid="fm0410" id="crf2150">(40)</ce:cross-ref>, the variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si415.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> at time <ce:italic>t</ce:italic> when the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si412.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si417.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>-th eigenstate of the Harmonic oscillator Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si388.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0420"><ce:label>(41)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si418.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cosh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sinh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display></ce:para><ce:para id="pr0510">When present, a finite standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si352.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> implies a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si419.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> at positive times. From Eq. <ce:cross-ref refid="fm0370" id="crf3160">(36)</ce:cross-ref> this, in turn, mandates (similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf3170">(3)</ce:cross-ref>) a long range covariance between the local oscillator displacements,<ce:display><ce:formula id="fm0430"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si420.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display></ce:para><ce:para id="pr0520">The results of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0410" id="crf3180">(40)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0420" id="crf3190">(41)</ce:cross-ref> suffer only a trivial change if the uniform coupling between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> and the environment in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si391.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1510" id="crf3200">(31)</ce:cross-ref> is generalized to any other bilinear coupling between the environment and system. For instance, we may replace <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si391.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si422.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) with the (un-normalized) Fourier mode <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si423.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si424.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In such a case, Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0380" id="crf3210">(37)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0390" id="crf3220">(38)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0400" id="crf3230">(39)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0410" id="crf3240">(40)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0420" id="crf3250">(41)</ce:cross-ref> will trivially hold following the substitutions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si425.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si426.svg"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si427.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si428.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:para></ce:section></ce:section><ce:section id="se0190"><ce:label>7.5</ce:label><ce:section-title id="st0200">Central oscillator-system oscillators model</ce:section-title><ce:para id="pr0530">We next consider local Harmonic oscillators,<ce:display><ce:formula id="fm0440"><ce:label>(42)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si429.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with a global coupling to the environment of the form<ce:display><ce:formula id="fm0450"><ce:label>(43)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si430.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si431.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> is any function of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> alone (i.e., no kinetic term, an infinitely “heavy” environment). In such a system, an effect of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si432.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> is to trivially shift the equilibrium positions (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si375.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) of all <ce:italic>N</ce:italic> system oscillators from their initial value (that in the absence of coupling to the environment) by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si433.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>. As a consequence, at all times <ce:italic>t</ce:italic>,<ce:display><ce:formula id="fm0460"><ce:label>(44)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si434.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Eq. <ce:cross-ref refid="fm0460" id="crf3260">(44)</ce:cross-ref> also trivially holds for a shift of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> by an arbitrary constant, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si435.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="sans-serif">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si436.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math> a general constant. Such a constant shift amounts to a constant displacement of the location of the oscillator equilibrium, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si437.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. As in the earlier models solved in this Section, if the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> exhibits a finite standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> then Eq. <ce:cross-ref refid="fm0460" id="crf3270">(44)</ce:cross-ref> implies long range connected correlations amongst the local displacements <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si438.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0200"><ce:label>7.6</ce:label><ce:section-title id="st0210">External fluctuating fields</ce:section-title><ce:para id="pr0540">In the examples of Sections <ce:cross-ref refid="se0160" id="crf3280">7.4</ce:cross-ref> and <ce:cross-ref refid="se0190" id="crf3290">7.5</ce:cross-ref>, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si439.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> portray particle heights (or the locations of charged particles between capacitor plates (in the direction transverse to these plates)) then the effect of the environment may be viewed as that of a gravitational (or electric) field coupling linearly to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si439.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>. In these models, however, the latter effective field features fluctuations. Similarly, in Section <ce:cross-ref refid="se0130" id="crf3300">7.1</ce:cross-ref>, the external central spin acts as a transverse field with fluctuations that led to a finite variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si440.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. Generally, we may consider systems with global external fields displaying fluctuations. Such models may thus be viewed as hybrid of procedures (1) and (2) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf3310">2</ce:cross-ref>. There is an external environment driving the system (as in procedure (1)) exhibiting finite variance local fluctuations. Similarly, one may examine theories with background gauge fields <ce:cross-ref refid="br0760" id="crf3320">[76]</ce:cross-ref> that (like the collective degrees of freedom <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> that studied thus far) exhibit global fluctuations.</ce:para></ce:section></ce:section><ce:section id="se0210"><ce:label>8</ce:label><ce:section-title id="st0220">Dyson type expansions for general evolutions</ce:section-title><ce:para id="pr0550">To make progress beyond intuitive arguments and specific tractable systems, we next compute the standard deviation of the energy density (and, by trivial extension, any other intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic>). Towards this end, we return to procedure (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf3330">2</ce:cross-ref> involving no external environment and examine Dyson type expansions for a general non-adiabatic <ce:cross-ref refid="br0270" id="crf3340">[27]</ce:cross-ref> time dependent Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (of which the piecewise constant Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (or <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si286.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si287.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) are particular instances). Our calculation will demonstrate that in general situations, a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will arise. Via a Magnus expansion, the general evolution operator, the time ordered exponential <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si442.svg"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, may be written as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si443.svg"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si444.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where<ce:display><ce:formula id="fm0470"><ce:label>(45)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si445.svg"><mml:msub id="mmlbr0012"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0012" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0012" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false" linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0012" linebreakstyle="after">]</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0012" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> We may apply the above Magnus expansion to a Heisenberg picture operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si446.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:math>, with <ce:italic>A</ce:italic> an arbitrary fixed operator, with the above <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si447.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and subsequently invoke the Baker-Campbell-Hausdorff formula <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si448.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo></mml:math>. If no change occurs at intermediate times <ce:italic>t</ce:italic> and the Hamiltonian is that of the initial system (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si449.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:math>) then, of course, the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si450.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will remain unchanged when computed with the (time independent) equilibrium density matrix for which it trivially vanishes. Similarly, if the evolution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is adiabatic at all times then no broadening of the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will arise. Our interest, however, lies in the Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si451.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:math> necessary to elicit a change of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si452.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> in a macroscopic system. In particular, we wish to examine the variance of the total energy density,<ce:display><ce:formula id="fm0480"><ce:label>(46)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si453.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with <ce:italic>ρ</ce:italic> the initial density matrix the system (time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) when cooling or heating commences. (In the dual examples considered in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf3350">6</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si454.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1238.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> the initial spin or bosonic wavefunction.) If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is to vanish identically then the resulting series for Eq. <ce:cross-ref refid="fm0480" id="crf3360">(46)</ce:cross-ref> must vanish, order by order, for any <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Collecting terms to the first two nontrivial orders in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si456.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0490"><ce:label>(47)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si457.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup id="mmlbr0013"><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0013" linebreakstyle="before">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0013" linebreakstyle="before">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si458.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> denotes an average computed with <ce:italic>ρ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si459.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si460.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si461.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the initial energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si462.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. We emphasize that if, at all times <ce:italic>t</ce:italic>, the standard deviation vanishes identically for the heated/cooled system with the time dependent Hamiltonian, then the sum of all terms of a given order in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si456.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in the expansion of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0490" id="crf3370">(47)</ce:cross-ref> must vanish. In the special case <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si463.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si464.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> an eigenstate of <ce:italic>H</ce:italic>, the expectation values <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si465.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. For this density matrix <ce:italic>ρ</ce:italic>, to order <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si466.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the standard deviation is given by the norm <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si467.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:math> or (recalling that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si468.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> and consequently <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si469.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:math>),<ce:display><ce:formula id="fm0500"><ce:label>(48)</ce:label><ce:link locator="fx001" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/fx001" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0080"/></ce:formula></ce:display> Because the total energy of the system changes with time (at an <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> rate), the commutator of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0500" id="crf3380">(48)</ce:cross-ref> cannot identically vanish and is, typically, of order <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Nonetheless, it is possible that when acting on the eigenstate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si464.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, this commutator will yield a vector of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si470.svg"><mml:mi>o</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and thus a vanishing contribution to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> limit.</ce:para><ce:para id="pr0560">Indeed, as is to be expected, in the special product state setting of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf3390">5</ce:cross-ref>, we will obtain a vanishing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Specifically, if for all <ce:italic>t</ce:italic>, the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si471.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is a sum of decoupled commuting local operators that, act on the same <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si472.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> disjoint subspaces (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf3400">(5)</ce:cross-ref>), then the eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si464.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si474.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will be a product of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si475.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> decoupled states. Under the further constraint that, for all <ce:italic>t</ce:italic>, the local Hamiltonian operator norm satisfies a finite upper bound, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si476.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, one observes that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si477.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> becomes the sum of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si475.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> orthogonal local product state vectors, each of which is of length <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Then, from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0500" id="crf3410">(48)</ce:cross-ref>, to second order in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si456.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0510"><ce:label>(49)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si478.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">local</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Hence, to this order in the expansion of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0490" id="crf3420">(47)</ce:cross-ref>, for such local product states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si464.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, we have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si479.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">local</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0570">Contrary to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0510" id="crf3430">(49)</ce:cross-ref>, however, for <ce:italic>general</ce:italic> non-product state density matrices <ce:italic>ρ</ce:italic> and non-adiabatic evolution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (for which the commutators appearing in the series for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> tend to zero), the norm of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0500" id="crf3440">(48)</ce:cross-ref> does not identically vanish as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> for all functions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and initial density matrices <ce:italic>ρ</ce:italic> (even if <ce:italic>ρ</ce:italic> is a stationary under an evolution with the initial Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic>). We stress that the perturbative result of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0500" id="crf3450">(48)</ce:cross-ref> may, generally, be valid only for short times. Our aim in this Section is to illustrate that, generally, the standard deviation of the energy density does not vanish at all times. That a resulting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> in a closed driven system cannot appear identically at all times is also evident from our exactly solvable examples. As noted above, the non-vanishing series expansion result illustrates that when the system starts from an equilibrium state with a sharp energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si480.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, then notwithstanding any locality of the Hamiltonian, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may become finite (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) at later times <ce:italic>t</ce:italic>. Additional aspects and further connection with “wave packet” analogy of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf3460">4</ce:cross-ref> are discussed in Appendix <ce:cross-ref refid="se0510" id="crf3470">K</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr0580">The Dyson type expansion analysis is not limited to the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> (similar results hold for any other intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic>) nor to specific continuum or lattice systems. Thus, broad distributions may generally arise in systems displaying an evolution of their intensive quantities. Of course, constrained solutions to the equation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si482.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, at all times <ce:italic>t</ce:italic>, may be engineered. Indeed, particular solutions associated with operators that translate the system spectrum bring to life the intuitive analogy that we made with wave packets (Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf3480">4</ce:cross-ref>) as well as the special character of product states (Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf3490">5</ce:cross-ref>). Similar results may also appear for classical systems; using Weyl quantization, the commutators in Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0470" id="crf3500">(45)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0490" id="crf3510">(47)</ce:cross-ref> are replaced (to lowest order in powers of <ce:italic>ħ</ce:italic>) by the corresponding Poisson brackets and all averages are evaluated with the classical probability density instead of the quantum probability density matrix <ce:italic>ρ</ce:italic>. Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0470" id="crf3520">(45)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0490" id="crf3530">(47)</ce:cross-ref> are indeed solely a consequence of the “canonical” time evolution of the system given by Hamilton's equations in the classical arena (replacing the quantum Heisenberg equations of motion). We next study another situation in which a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si164.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> arises rather trivially.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0220"><ce:label>9</ce:label><ce:section-title id="st0230">Short time averaged probability distribution</ce:section-title><ce:para id="pr0590">The inequalities derived this Section are motivated by and also hold for classical systems. We will examine a time averaged probability density on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0520"><ce:label>(50)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si484.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si485.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the (instantaneous) density matrix in the Schrodinger picture. Ref. <ce:cross-ref refid="br0790" id="crf3540">[79]</ce:cross-ref> studied numerous aspects of the probability densities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si486.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for lattice spin systems. We remark that, arguably, any real measurement of a macroscopic quantity <ce:italic>Q</ce:italic> in large “semi-classical” systems is not instantaneous but rather requires a finite period of time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si487.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>; thus the observed values correspond to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si488.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Averaging with this probability distribution,<ce:display><ce:formula id="fm0530"><ce:label>(51)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si489.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="left" linebreakstyle="before" id="mmlbr0014">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≥</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0014" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Similarly,<ce:display><ce:formula id="fm0540"><ce:label>(52)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si490.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Hence, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si491.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> will be finite for an energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> that varies at a finite rate in the interval <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si492.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>. For a short time interval in which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si493.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is approximately constant, Taylor expanding <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si494.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> to linear order in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si495.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in the integrands of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0530" id="crf3550">(51)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0540" id="crf3560">(52)</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm0550"><ce:label>(53)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si496.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Putting all of the pieces together, we see, from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf3570">(3)</ce:cross-ref>, that macroscopic range <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si497.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> will appear when all correlations evaluated with the time averaged density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si486.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0520" id="crf3580">(50)</ce:cross-ref>. Albeit being trivial, this result is extremely general and applies to all density matrices and Hamiltonians whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si498.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Returning to the opening sentence of this Section, the inequalities of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0530" id="crf3590">(51)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0550" id="crf3600">(53)</ce:cross-ref> indeed also hold for classical systems (with the trace in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0530" id="crf3610">(51)</ce:cross-ref> replaced by phase space integrals or other sum over classical microstates and <ce:italic>ρ</ce:italic> being a classical probability distribution). In classical ergodic systems, equilibrium (and various non-equilibrium) phase space probability distributions have their conceptual origin in long or finite time averages: an equilibrium ensemble average reproduces the long time expectation values. Although it is somewhat obvious, it is nonetheless important to emphasize that, in the quantum arena, having an instantaneous density matrix that is a product state does not imply a time averaged density matrix that is also a product state. This is much the same as the two spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si499.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>; the latter is an average of the density matrices of two product states yet it is not, of course, the density matrix of a product state.</ce:para><ce:para id="pr0600">In the next Section, we will demonstrate that under certain conditions, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> must be finite when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si452.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. In Sections <ce:cross-ref refid="se0290" id="crf3620">11</ce:cross-ref> and <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf3630">13</ce:cross-ref>, we will further discuss what occurs once the system is no longer driven. Apart from its form as a time average expectation value, our result of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0550" id="crf3640">(53)</ce:cross-ref> implies that there are states for which the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si164.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> when the latter is evaluated for instantaneous expectation values in mixed and pure states evolving under a piecewise constant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (such as that of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf3650">6</ce:cross-ref>). To this end, we may equate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si502.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> to be the instantaneous density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si503.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of a new mixed state or, alternatively, to be the partial trace of the density matrix of a pure state defined on an artificially constructed volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si504.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> larger than the system volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si505.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> on which the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> acts (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si506.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si507.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> an artificially constructed “environment”) following the “purification” procedure of <ce:cross-refs refid="br0570 br0580" id="crs0180">[57,58]</ce:cross-refs>. In the notation of <ce:cross-ref refid="br0580" id="crf3660">[58]</ce:cross-ref>, the dimension <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si508.svg"><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:math> will correspond to the number of time steps in a discretization of the integral of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0520" id="crf3670">(50)</ce:cross-ref>. Herein, given original pure states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si509.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si510.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">k</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:math> with integer <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si511.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">k</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:math>), the scaled density matrices <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si512.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> may be summed, as in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0520" id="crf3680">(50)</ce:cross-ref>, to provide an instantaneous density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si503.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The latter density matrix may, following <ce:cross-ref refid="br0580" id="crf3690">[58]</ce:cross-ref>, be constructed such that its partial trace over the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si507.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> yields <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si486.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si513.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si514.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> a pure state in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si504.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>). This demonstrates, once again, that the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> as evaluated with instantaneous probability density matrices or pure states can be trivially finite even for local Hamiltonians <ce:italic>H</ce:italic>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0230"><ce:label>10</ce:label><ce:section-title id="st0240">Generalized two-Hamiltonian uncertainty relations</ce:section-title><ce:para id="pr0610">We next turn to a more specific demonstration that, in other settings, when evaluated with the instantaneous density matrix, the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si164.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> when the energy density exhibits a finite rate of change. In this Section, we consider non-relativistic systems <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> of arbitrary size <ce:italic>N</ce:italic> (large or small) that satisfy certain conditions in the order of decreasing generality.</ce:para><ce:para id="pr0620">We first derive exact inequalities for closed system-environment hybrids and discuss, once again, how our results relate to causality. We will then derive exact bounds for open system-environment hybrids. In this Section, we will formalize and study procedure (2) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf3700">2</ce:cross-ref>. We will explicitly include the effects of the environment. In Sections <ce:cross-ref refid="se0240" id="crf3710">10.1</ce:cross-ref> and <ce:cross-ref refid="se0270" id="crf3720">10.2</ce:cross-ref>, we will respectively analyze, situations in which the ensuing system-environment hybrids constitute larger closed or open hybrid systems.</ce:para><ce:section id="se0240"><ce:label>10.1</ce:label><ce:section-title id="st0250">Closed system-environment hybrids</ce:section-title><ce:section id="se0250"><ce:label>10.1.1</ce:label><ce:section-title id="st0260">Exact inequalities for closed system-environment hybrids</ce:section-title><ce:para id="pr0630">In this subsection, we will derive inequalities when the following assumptions are satisfied:</ce:para><ce:para id="pr0640"><ce:bold>Assumption (1)</ce:bold>: When combined with their physical environment (or “heat bath”) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>, these systems constitute a larger global <ce:italic>closed isolated</ce:italic> hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1406.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si516.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> sites) such that the sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> do not interact with any sites that are not in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. The number of particles or sites in both <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is held fixed. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0650"><ce:bold>Assumption (2 - weak version)</ce:bold>: The Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> describing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> is time independent. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0660">We stress that the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> describing the full hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> including interactions between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is, at this stage, kept general and may depend on time.</ce:para><ce:para id="pr0670">Denoting the evolution operator (first discussed in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf3730">(4)</ce:cross-ref>) of the full closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> by<ce:display><ce:formula id="fm0560"><ce:label>(54)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si520.svg"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> the two Heisenberg picture Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si521.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si522.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> describe, respectively, the open system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and the larger closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> at time <ce:italic>t</ce:italic>. The energy of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si523.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is the initial density matrix of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. By the uncertainty relations <ce:cross-refs refid="br0770 br0780" id="crs0190">[77,78]</ce:cross-refs>,<ce:display><ce:formula id="fm0570"><ce:label>(55)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si524.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si525.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si526.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denote, respectively, the uncertainties associated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si527.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si528.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (when these uncertainties are computed with the probability density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>). Combined with Heisenberg's equations of motion for the time independent <ce:italic>H</ce:italic> (Assumption (2 - weak version)), we obtain an extension of the time-energy uncertainty relations for this two Hamiltonian realization,<ce:display><ce:formula id="fm0580"><ce:label>(56)</ce:label><ce:link locator="fx002" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/fx002" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0090"/></ce:formula></ce:display> Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf3740">(3)</ce:cross-ref> then implies a lower bound on the average macroscopic range correlators in the subsystem <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0590"><ce:label>(57)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si529.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display></ce:para><ce:para id="pr0680">The derivative in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf3750">(57)</ce:cross-ref> scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1029.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> if the energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si531.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> changes at a rate proportional to the size of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> (i.e., if the energy density changes at a finite rate). Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf3760">(55)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf3770">(56)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf3780">(57)</ce:cross-ref> will remain valid if Assumption (1) is relaxed, i.e., if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is an open system with a Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> that, itself, is in contact with a yet larger system. We next examine what occurs if the local energy density correlators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> decay with a correlation length <ce:italic>ξ</ce:italic>, i.e., with<ce:display><ce:formula id="fm0600"><ce:label>(58)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si532.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with <ce:italic>A</ce:italic> a finite constant. Transforming to hyperspherical coordinates, we see that on a <ce:italic>d</ce:italic> dimensional hypercubic <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si533.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:math> lattice with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si534.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the average correlator of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf3790">(3)</ce:cross-ref> will, up to factors of order unity, be given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si535.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. Combined with Eq. <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf3800">(57)</ce:cross-ref>, this implies a lower bound on the correlation length<ce:display><ce:formula id="fm0610"><ce:label>(59)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si536.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si537.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> being the energy density of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si538.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> denoting a Gamma function. Note that the lower bound of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0610" id="crf3810">(59)</ce:cross-ref> on the correlation length is monotonic in the temporal variation of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si146.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. That is, the larger the rate of change <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si539.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> of the energy density, the larger the lower bound on the putative finite correlation length <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si540.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In particular, for finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si541.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, such a lower bound will diverge as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si542.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> (indicating that an assumption of small <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si540.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> cannot be made self-consistently). Moreover, regardless of <ce:italic>p</ce:italic>, <ce:italic>if (in any dimension)</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si543.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:italic>then Eq.</ce:italic> <ce:cross-ref refid="fm0610" id="crf3820"><ce:italic>(59)</ce:italic></ce:cross-ref> <ce:italic>illustrates that</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si540.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> <ce:italic>cannot be finite in the</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si542.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math> <ce:italic>limit whenever</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> <ce:italic>is finite</ce:italic>. Thus, the reader can see how <ce:italic>divergent correlation lengths are mandated</ce:italic> whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> exhibits fluctuations that are smaller than those of typical open systems (i.e., when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si544.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>o</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). The bound of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0610" id="crf3830">(59)</ce:cross-ref> assumes Eq. <ce:cross-ref refid="fm0600" id="crf3840">(58)</ce:cross-ref> and is only suggestive. In what follows, we will examine conditions that will enforce a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si541.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and thus divergent correlations when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si452.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Towards that end, we impose a more restrictive condition:</ce:para><ce:para id="pr0690"><ce:bold>Assumption (2 - strong version)</ce:bold>: The <ce:italic>fundamental</ce:italic> interactions appearing in the global Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> describing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> are time independent. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0700">This assumption (which, for brevity, we will henceforth simply refer to as <ce:bold>Assumption (2</ce:bold>)) implies Assumption (2 - weak version). This is so since the terms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> include, as a subset, the interactions appearing in the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> describing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. When Assumption (2) holds, time dependence arises when the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is not diagonal in the eigenbasis of the full Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0710">In what briefly follows, we make general colloquial remarks motivating our final result. We will then invoke a last assumption (either of Assumptions (3) or (3′) to be introduced below), with the aid of which we will be able to rigorously derive our result. When Assumption (2) holds, the global Heisenberg and Schrodinger picture Hamiltonians coincide, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si545.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. If a time independent Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> governs the dynamics of the closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>, then the energy will not vary with time. Classically, there is no meaningful finite standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math>: the energy of the closed system is conserved. By contrast, no quantum dynamics are possible unless <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si547.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. That is, any eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> (for which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si548.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) is trivially stationary under an evolution with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. For a general initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si549.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of the closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>, the probability density,<ce:display><ce:formula id="fm0620"><ce:label>(60)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si550.svg"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> will typically vary on a time scale of order <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si551.svg"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. In Eq. <ce:cross-ref refid="fm0620" id="crf3850">(60)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si552.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> are the eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. The off-diagonal spread of the density matrix (in the eigenbasis of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) determines the oscillation frequencies that it displays. For pure states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si549.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> in the closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>, a large <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> implies large temporal fluctuations <ce:cross-ref refid="br0800" id="crf3860">[80]</ce:cross-ref>. If, as in many closed energy conserving systems with a well-defined semi-classical limit, the representative frequencies governing the global dynamics (and probability density) do not scale with <ce:italic>N</ce:italic>, i.e., if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si553.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0810" id="crf3870">[81]</ce:cross-ref> then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will, typically, also not vary with <ce:italic>N</ce:italic>. Inserting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si554.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf3880">(56)</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm0630"><ce:label>(61)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si555.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> This result is natural for a probability distribution that varies over time scales ≳<ce:italic>τ</ce:italic>. Along related lines, a time average of the form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0520" id="crf3890">(50)</ce:cross-ref> applied to the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si556.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) will remove frequencies higher than a cutoff that scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si557.svg"><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. That is, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si558.svg"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si559.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will not exhibit the higher frequency oscillations present in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The removal of these high frequencies (associated with short “virtual events”) will render the system more “semi-classical”; in a path integral representation, in the sum of the exponentiated classical action over all possible paths, fluctuations of phases generated by relative energy differences larger than <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si561.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will, for an evolution over a time of length <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si487.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, lead to oscillatory phases that will cancel. The larger the waiting or averaging time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si487.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is, the more narrow the range of eigenstates that are relevant to the system evolution will be (i.e., only those with energies in a small window about the average system energy may be considered) on time scales <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si562.svg"><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0720">The above intuition can be made more accurate to bolster the considerations of Section <ce:cross-ref refid="se0220" id="crf3900">9</ce:cross-ref>. The bound of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf3910">(55)</ce:cross-ref> is an algebraic identity that may be extended to arbitrary probability density matrices. In particular, in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf3920">(55)</ce:cross-ref>, we may replace <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si563.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> for general averaging times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si487.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0520" id="crf3930">(50)</ce:cross-ref>). This implies the inequality<ce:display><ce:formula id="fm0640"><ce:label>(62)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si564.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si565.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In Eq. <ce:cross-ref refid="fm0640" id="crf3940">(62)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si566.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si567.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> denote, respectively, the standard deviations of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si568.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> as computed with the time averaged probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si569.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Thus, we can qualitatively relate the uncertainty relations to the trivial general bounds of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0530" id="crf3950">(51)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0550" id="crf3960">(53)</ce:cross-ref>. That is, for any finite (system size independent) averaging time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si487.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si559.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will display <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si570.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0640" id="crf3970">(62)</ce:cross-ref> will (in agreement with Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0530" id="crf3980">(51)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0550" id="crf3990">(53)</ce:cross-ref>) then imply a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si566.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si572.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is extensive. As emphasized earlier, of physical relevance are finite time (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si573.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) window measurements.</ce:para><ce:para id="pr0730">While bounded system size independent frequencies are natural in quasi-classical and “typical” closed (energy conserving) quantum systems, that is certainly not the case for all constructible model states <ce:cross-ref refid="br0820" id="crf4000">[82]</ce:cross-ref>. With this in mind, we consider the consequences of any one of two additional conditions (labeled Assumption (3) and Assumption (3′) in the below). Either of these conditions will lead to a system size independent standard deviation for the energy density (when the latter is evaluated with the instantaneous density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>).</ce:para><ce:para id="pr0740"><ce:bold>Assumption (3)</ce:bold>: The closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> equilibrates at long times. Stated more precisely (and automatically accounting for Poincare recurrence type events), the asymptotic long time average of the probability density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si575.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> in the larger <ce:italic>closed</ce:italic> hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> veers towards the <ce:italic>microcanonical</ce:italic> (<ce:sans-serif>mc</ce:sans-serif>) density matrix applicable for closed energy conserving systems in equilibrium <ce:cross-ref refid="br0830" id="crf4010">[83]</ce:cross-ref>. That is,<ce:display><ce:formula id="fm0650"><ce:label>(63)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si576.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mc</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si577.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mc</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the microcanonical ensemble density matrix for the closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0750">In systems obeying Eq. <ce:cross-ref refid="fm0650" id="crf4020">(63)</ce:cross-ref>, the uncertainty in the energy of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> at asymptotically long times (i.e., as computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si577.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mc</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) will be system size independent,<ce:display><ce:formula id="fm0660"><ce:label>(64)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si578.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Eq. <ce:cross-ref refid="fm0660" id="crf4030">(64)</ce:cross-ref> constitutes the defining textbook property of the microcanonical ensemble <ce:cross-ref refid="br0830" id="crf4040">[83]</ce:cross-ref>. Since the closed system-environment hybrid <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is governed by the time independent Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is time independent and Eq. <ce:cross-ref refid="fm0660" id="crf4050">(64)</ce:cross-ref> trivially holds at all times <ce:italic>t</ce:italic> when the variance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is computed with the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Assumption (3) and the preceding discussion may seem abstract. The semiclassical intuition underlying the somewhat axiomatic standard definition of the microcanonical ensemble is rather trivial. We repeat anew some elements below.</ce:para><ce:para id="pr0760">For a classical ergodic hybrid system (e.g., that assumed for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> governed by the time independent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>), the probability density is that associated with the long time average. For a <ce:italic>closed</ce:italic> conservative system, the total energy is conserved and the probability density defined in this way exhibits zero variance of the total energy. In the quantum arena, if the closed ergodic system exhibits non-trivial dynamics then the standard deviation of its Hamiltonian cannot vanish (since the eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> are trivially stationary). Thus, the common assumption underlying the microcanonical ensemble is that the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is finite (in order to allow for non-vanishing frequencies) yet, for <ce:italic>a closed system</ce:italic> does not diverge as the size increases. This intuition rationalizes the standard use of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0660" id="crf4060">(64)</ce:cross-ref> defining the microcanonical ensemble. In the spirit of the above maxim, we next introduce an alternate assumption that does not rely on the closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> being ergodic (nor the use of the microcanonical ensemble):</ce:para><ce:para id="pr0770"><ce:bold>Assumption (3</ce:bold>′<ce:bold>)</ce:bold>: A finite time step discretization (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si580.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> with integer <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si581.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">k</mml:mi></mml:math> and Δ<ce:italic>t</ce:italic> a sufficiently small system size independent time step) may effectively simulate the evolution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. Here, as before, the (pure) state of the <ce:italic>closed</ce:italic> hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> may be described by a wavefunction. The uniform discretization of <ce:italic>t</ce:italic> implies that any function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si582.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (including the associated density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0620" id="crf4070">(60)</ce:cross-ref>) may be expressed as a Fourier sum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si583.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si584.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> lying in the “first Brillouin zone” (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si585.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>). Thus, the uncertainty in the energy of the closed hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> satisfies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si586.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> – a realization of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0660" id="crf4080">(64)</ce:cross-ref>. Expectation values of finite time gradients in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (including the standard deviation of the discrete time gradient approximation of the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1403.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>) are bounded from above by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si588.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0840" id="crf4090">[84]</ce:cross-ref>. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0780">Assumptions (1-3) (as well as Assumptions (1, 2, 3′)) <ce:cross-ref refid="br0850" id="crf4100">[85]</ce:cross-ref> imply that when the energy density varies at a finite rate (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si589.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) then, from Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4110">(56)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0660" id="crf4120">(64)</ce:cross-ref>, the standard deviation of the energy density of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0670"><ce:label>(65)</ce:label><ce:link locator="fx003" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/fx003" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0100"/></ce:formula></ce:display> Thus, we discern from Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf4130">(3)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf4140">(57)</ce:cross-ref> that long range correlations must appear during the cooling or heating period at which the energy density of the system (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>) is varied at a finite rate. Analogs of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0670" id="crf4150">(65)</ce:cross-ref> are also valid for any other intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic> (different from the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>) whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si590.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Analogs of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0670" id="crf4160">(65)</ce:cross-ref> are also valid for any other intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic> (different from the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>) whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si590.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. When the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is included for (as we do now), the evolution of the system itself (<ce:cross-ref refid="fg0020" id="crf4170">Fig. 2</ce:cross-ref>) is, generally, non unitary; this non unitary evolution lies in strong contrast to the earlier examples of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf4180">6</ce:cross-ref> in which the system evolved unitarily. One may, nonetheless, still make some non-rigorous pedagogical contact with the spin models of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf4190">6</ce:cross-ref> for a special case exhibiting unitary time evolution <ce:cross-ref refid="br0860" id="crf4200">[86]</ce:cross-ref> for which all of the above three assumptions hold. These assumptions are not met (in particular Assumption (3) does not hold) for the rather artificial (yet exactly solvable) models of Section <ce:cross-ref refid="se0120" id="crf4210">7</ce:cross-ref> <ce:cross-ref refid="br0710" id="crf4220">[71]</ce:cross-ref>. Assumptions (1-3) are often employed in standard textbook derivations of the canonical ensemble for open systems <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> by applying the microcanonical ensemble averages for the larger equilibrated closed systems <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> that include the relevant environments <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> that are in contact (or “entangled”) with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. If, as evinced by measurements in prototypical states in the composite hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> at asymptotically long times, ergodicity and equilibrium set in, then the microcanonical ensemble may be invoked. We next turn to the scales of the righthand sides of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf4230">(55)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4240">(56)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf4250">(57)</ce:cross-ref> and their consequence for systems that are cooled/heat at finite rate. By Heisenberg's equation for the time independent Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic>,<ce:display><ce:formula id="fm0680"><ce:label>(66)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si591.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Therefore, in order to obtain a finite rate of change of the system energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> (or an extensive rate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si86.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>), the total Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> of the large hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> must have a commutator with the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> that is of order <ce:italic>N</ce:italic>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si592.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Hence, to achieve a finite global rate of cooling/heating, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> must couple to an <ce:italic>extensive number of sites in the volume of</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> – it is not possible to obtain an extensive cooling/heating rate by a bounded strength coupling that extends over an infinitesimal fraction of the system size (see also the discussion at the end of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf4260">4</ce:cross-ref> and that appearing after Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf4270">(8)</ce:cross-ref> in Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf4280">6.1</ce:cross-ref>). Effectively, a finite fraction of the sites lying in the volume of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> must couple to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si593.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The initial state of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> prior to its cooling/heating (or variation in its other parameters) may have a well defined energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> and other state variables yet nonetheless still be far from a typical equilibrium state. One may introduce various probes, clocks, etc., that start the cooling/heating process in a particular way; the initial state need not be in equilibrium but may rather be specially crafted. We further wish to underscore that the value of the (nearly) constant energy of the closed hybrid <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (up to corrections that do not increase with the system size) as captured by Assumption (3) (as well as Assumption (3′)) imply constraints between the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> and the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. Thus, qualitatively, the resulting picture (literally and figuratively) is in accord with the schematic of <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf4290">Fig. 3</ce:cross-ref> with the same environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> coupling to a finite fraction of all sites in the system. Indeed, if this is not the case and the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is composed of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> microscopic decoupled reservoirs with each of these reservoirs independently, coupling to another local region of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> (such that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> independent local system-environment hybrids appear each having a conserved energy up to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> fluctuations) then the total energy of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> will exhibit <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si594.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> fluctuations (a sum of the <ce:italic>N</ce:italic> independent random errors with each of these errors being of order unity). In such instances, the energy of the closed hybrid <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> would not, up to system size independent errors, remain constant in time in the thermodynamic limit.</ce:para><ce:para id="pr0790">If Assumptions (1-3) are met then at asymptotically long times, memory of the initial state will be lost and all observables may be computed via the microcanonical ensemble with its few thermodynamic state variables. In particular, the defining feature of the microcanonical probability distribution of closed equilibrated systems holds, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0660" id="crf4300">(64)</ce:cross-ref>. For completeness, we note that the Dyson type expansion of Section <ce:cross-ref refid="se0210" id="crf4310">8</ce:cross-ref> may also be reproduced in the setting of the current subsection with a time independent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> (for which the evolution operator is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si595.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and the global density matrix is given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>).</ce:para></ce:section><ce:section id="se0260"><ce:label>10.1.2</ce:label><ce:section-title id="st0270">Remarks on causality</ce:section-title><ce:para id="pr0800">In the earlier part of this subsection, the effect of the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> driving the system was explicitly included and, as in basic theories, the form of the terms in the system-environment hybrid (i.e., those in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) was time independent. While the form of the fundamental interactions in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is time independent, tracing over the environment (<ce:cross-ref refid="fg0020" id="crf4320">Fig. 2</ce:cross-ref>) may lead to complex dynamical maps. We now revisit, yet again, the constraints implied by causality. As noted in Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf4330">4</ce:cross-ref>, in models with local interactions, compounding relativistic bounds, Lieb-Robinson inequalities <ce:cross-ref refid="br0300" id="crf4340">[30]</ce:cross-ref> generally provide upper bounds on commutators in non-relativistic systems (such as those appearing in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf4350">(55)</ce:cross-ref>). These relations lead to bounds on correlations <ce:cross-refs refid="br0080 br0090" id="crs0200">[8,9]</ce:cross-refs>. However, as we explained above, in driven systems for which the energy density is made to vary at a finite rate, commutators such as those of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf4360">(55)</ce:cross-ref> must be extensive; such commutators may only appear at sufficiently long times (we refer the reader, once again to Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf4370">B</ce:cross-ref> for an explicit proof of this assertion). In diverse physical situations (i.e., when cooling/heating leads to a finite rate of change of the system energy density or measured temperature), photons and/or other particles/quasiparticles emitted/absorbed by an extensive volume of the surrounding heat bath effectively couple to the system bulk (see Appendix <ce:cross-ref refid="se0350" id="crf4380">A</ce:cross-ref>). In the spin model of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf4390">6.1</ce:cross-ref> (in which the system evolution was unitary), the time independent (for all times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si180.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) transverse field (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si172.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf4400">(8)</ce:cross-ref> played the role of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> acting on all <ce:italic>N</ce:italic> sites (so as to have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si596.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>).</ce:para></ce:section></ce:section><ce:section id="se0270"><ce:label>10.2</ce:label><ce:section-title id="st0280">Open system-environment hybrids</ce:section-title><ce:para id="pr0810">As noted above, for a closed system described by a wavefunction, a large <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> implies rapid temporal fluctuations. By contrast, the density matrix describing an open system can be time independent yet exhibit large <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0800" id="crf4410">[80]</ce:cross-ref>. “Canonical” open systems <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> feature a large (by comparison to the energy uncertainties of the closed systems that we discussed earlier) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si597.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> scaling. This larger value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> renders the corollaries of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4420">(56)</ce:cross-ref> weaker for open systems. Nonetheless, as we will next demonstrate by a simple “proof by contradiction” argument, if we consider an initial <ce:italic>open</ce:italic> thermal system composite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> at an assumed temperature <ce:italic>T</ce:italic> (instead of Assumption (1) for the closed systems of Section <ce:cross-ref refid="se0240" id="crf4430">10.1</ce:cross-ref>), then there exists a limiting cooling/heating rate beyond which equilibration is impossible. The bound that we present encompasses the physical situation of a general uniform medium that is heated or cooled via contacts with an external environment. Our result pertains to what transpires if the subsystem <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and the larger open hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> containing it are in equilibrium with one another at a temperature <ce:italic>T</ce:italic> (see <ce:cross-ref refid="fg0060" id="crf4440">Fig. 6</ce:cross-ref><ce:float-anchor refid="fg0060"/>). Specifically, we will invoke the following assumptions for open (<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>) systems:</ce:para><ce:para id="pr0820"><ce:bold>Assumption (1</ce:bold><ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup><ce:bold>)</ce:bold>: When combined with their environment (or “heat bath”) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>, these systems constitute a larger <ce:italic>open</ce:italic> hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1406.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si516.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> sites) in which the sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> <ce:italic>do not interact with any sites that are not in</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. The open system-environment hybrid <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is embedded in a larger volume Λ (of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si599.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). ⋄</ce:para><ce:para id="pr0830">We comment that with this assumption and definition of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> as a volume containing all sites that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> interacts with, when only short range interactions are present, we may choose, in the thermodynamic limit, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> such that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si600.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> with <ce:italic>N</ce:italic> denoting the number of sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0840"><ce:bold>Assumption (2</ce:bold><ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup><ce:bold>)</ce:bold>: The open hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is in thermal equilibrium with its environment at a fixed temperature <ce:italic>T</ce:italic>. In particular, the fluctuations (as computed with initial probability density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) of extensive quantities are those of an equilibrated system at a temperature <ce:italic>T</ce:italic>. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0850"><ce:bold>Assumption (3</ce:bold><ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup><ce:bold>)</ce:bold>: The subsystem <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si601.svg"><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is in thermal equilibrium with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0860">This last assumption might be regarded as a consequence of Assumption (2<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>) for the equilibrated hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> that includes <ce:italic>S</ce:italic>. Nonetheless, we wish to make Assumption (3<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>) explicit. The open hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (including <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>) may be taken to lie deep in a uniform medium so that it is far from any external contacts that change its temperature. The Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si602.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> evolves with an operator different from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0560" id="crf4450">(54)</ce:cross-ref> – one that involves also the sites exterior to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. The latter coupling allows for a non-trivial time dependence. Equivalently, the Schrodinger picture probability density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is generally a function of time <ce:cross-ref refid="br0870" id="crf4460">[87]</ce:cross-ref>. Macroscopic expectation values computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> are those of equilibrated thermal systems yet measurable dynamics also appear (as in, e.g., an equilibrated gas with mobile molecules having correlations set by the diffusion equation). For a static <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, all expectation values will be trivially stationary. Since, by Assumption (2<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>), the full hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1406.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is in equilibrium, the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> must be in equilibrium with its environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. From the zeroth law of thermodynamics, it then follows that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> is also described by a (canonical) probability density matrix at the same inverse temperature <ce:italic>β</ce:italic>.</ce:para><ce:para id="pr0870">Because the sites in <ce:italic>S</ce:italic> only interact with those in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (Assumption (1<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>)), Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf4470">(55)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4480">(56)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf4490">(57)</ce:cross-ref> (as well as the bound of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0610" id="crf4500">(59)</ce:cross-ref> for correlators of the form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0600" id="crf4510">(58)</ce:cross-ref>) remain valid. In what follows, following Assumption (2<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>), we will set, in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4520">(56)</ce:cross-ref>, the equilibrium values of standard deviations of the respective Hamiltonians in the appropriate (canonical) ensembles describing the open systems <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> and <ce:italic>S</ce:italic>. That is,<ce:display><ce:formula id="fm0690"><ce:label>(67)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si604.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si605.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the Boltzmann constant and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si606.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> the constant volume heat capacity of the large system composite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>) to be the standard deviation of the large open hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>, and equate<ce:display><ce:formula id="fm0700"><ce:label>(68)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si607.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si608.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the heat capacity of the small system at temperature <ce:italic>T</ce:italic>, to be the standard deviation of the smaller subsystem <ce:italic>S</ce:italic>. We may repeat, <ce:italic>mutatis mutandis</ce:italic>, the steps that led to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0670" id="crf4530">(65)</ce:cross-ref> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> was a closed system. Doing so and employing Eq. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4540">(56)</ce:cross-ref>, we discover that if the cooling/heating rate exceeds a threshold value for an equilibrated open hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (and any subsystem <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si601.svg"><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> that is in equilibrium with it (Assumption (3<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>))),<ce:display><ce:formula id="fm0710"><ce:label>(69)</ce:label><ce:link locator="fx004" xlink:type="simple" xlink:href="pii:S0550321320300341/fx004" xlink:role="http://data.elsevier.com/vocabulary/ElsevierContentTypes/23.4" id="ln0110"/></ce:formula></ce:display> then a simple contradiction will be obtained. That is, an assumption of having a sharp equilibrium energy density state variable (by coupling <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> to a larger external bath at a well defined temperature) <ce:cross-ref refid="br0940" id="crf4550">[94]</ce:cross-ref> becomes inconsistent once Eq. <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4560">(69)</ce:cross-ref> is satisfied. At sufficiently fast cooling or heating rates (given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4570">(69)</ce:cross-ref>), the inequality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4580">(56)</ce:cross-ref> will be violated when we substitute the equilibrium open system values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si610.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0880">Using the exact inequality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4590">(69)</ce:cross-ref>, it is illuminating to estimate the rate of the temperature variation beyond which equilibration of an open system is rigorously impossible to arrive at a typical thermalization bound. Towards that end, we assume that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> are of comparable size (see also the comment following Assumption (1<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>)), i.e., of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, and that the heat capacity of both is, up to factors of order unity, given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si612.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and that the energy density is the order of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si613.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Hence, if the energy variations fulfill a “Planckian rate” inequality,<ce:display><ce:formula id="fm0720"><ce:label>(70)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si614.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> then, in any dimension <ce:italic>d</ce:italic>, it might be impossible to satisfy all of our assumptions in unison. Interestingly, earlier work established that the thermalization rates for typical random states are given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si615.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0880" id="crf4600">[88]</ce:cross-ref>. The rigorous inequality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4610">(69)</ce:cross-ref> and its common realization of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0720" id="crf4620">(70)</ce:cross-ref> augment these relations to rigorously demonstrate that in typical situations (when all energy densities and heat capacities are set by the Boltzmann constant, the number of particles, and the energy), whenever <ce:italic>the heating/cooling rate is larger than</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si616.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:italic>then no thermalization of the open system is possible.</ce:italic> We arrived at this inequality by combining exact inequalities associated with the system dynamics (Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf4630">(55)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4640">(56)</ce:cross-ref>) with the standard deviations (Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0690" id="crf4650">(67)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0700" id="crf4660">(68)</ce:cross-ref>) of open thermal systems. Variations in the energy need not arise only as a result of an external drive. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4670">(69)</ce:cross-ref> also holds true for any system in equilibrated open systems for which the variations in the energy are <ce:italic>thermally self-generated fluctuations typical to the equilibrium state</ce:italic>. The bound of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0720" id="crf4680">(70)</ce:cross-ref> is similar that suggested in <ce:cross-ref refid="br0200" id="crf4690">[20]</ce:cross-ref> as a bound on Lyapunov exponents (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si617.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:math>) in thermal systems. At room temperature, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si618.svg"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> Hz. Thus, at low temperatures, pulsed picosecond laser cooling/heating may, in principle, achieve these rates beyond which, as we just demonstrated, quantum uncertainty relations forbid thermalization (even for open systems). Our inequality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4700">(69)</ce:cross-ref> is rigorous. By contrast, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0720" id="crf4710">(70)</ce:cross-ref> only arises as an order of magnitude estimate.</ce:para><ce:para id="pr0890">Our two results of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4720">(56)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4730">(69)</ce:cross-ref> for, respectively, the closed and open composites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> apply for any rate of the energy change <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si86.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>. These include situations in which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si86.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> scales as the surface area of the system (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si619.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) for which an extension of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf4740">(3)</ce:cross-ref> will, in turn, imply that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si620.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0670" id="crf4750">(65)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf4760">(69)</ce:cross-ref> further apply to any function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si621.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of an intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic> that is varied at a finite rate. In particular, setting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si622.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, we find that the uncertainties in all moments of <ce:italic>q</ce:italic> are, typically, finite if the rate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si53.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> is finite. With a formal proof at our disposal, we now briefly reflect back on the arguments of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf4770">4</ce:cross-ref> in which we explained why a varying quantity energy density (or any other intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic>) with a finite rate of change <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si56.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> (or general <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si53.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>) naturally suggests an uncertainty. The arguments of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf4780">4</ce:cross-ref> provide an intuitive basis for the time-energy uncertainty type relations that we derived and employed in this section for our two Hamiltonian system and, more generally for other intensive quantities.</ce:para><ce:para id="pr0900">We next discuss inequalities that may also be derived when Assumption (3<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>) is <ce:italic>not invoked</ce:italic>. Replacing the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> in Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf4790">(55)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf4800">(56)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf4810">(57)</ce:cross-ref> by a general self-adjoint quantity <ce:italic>Q</ce:italic> having its support on a region <ce:italic>of arbitrary size N</ce:italic>, we discover that thermal fluctuations evaluated with the equilibrium many body density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> must always satisfy<ce:display><ce:formula id="fm0730"><ce:label>(71)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si624.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> This inequality is exact at all temperatures and times. It is a “quantum thermodynamic uncertainty relation” relating thermodynamic properties (the temperature <ce:italic>T</ce:italic> and the heat capacity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si625.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (with the latter given, e.g., by the temperature times the partial derivative of the entropy of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> at fixed volume relative to the temperature or, equivalently, the derivative of the internal energy of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> relative to the temperature)) to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si626.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and the fundamental constant of quantum mechanics <ce:italic>ħ</ce:italic>. Both the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si626.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and the rate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si627.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> are computed with the reduced density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> after a partial trace over all degrees of freedom not in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> of the full density matrix describing the equilibrated system Λ to which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> generally belongs. If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is any subvolume of a system (Λ) that is in thermal equilibrium, then the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> exhibits its own variance given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0690" id="crf4820">(67)</ce:cross-ref>. Similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0720" id="crf4830">(70)</ce:cross-ref>, we find that if (i) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is of comparable size to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> (having <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> sites) and (ii) if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si628.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si629.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> cannot be shorter than <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si630.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Barring critical points/transition regions and/or strong anharmonoticities, in most substances, heat capacities are typically bounded by their (Dulong-Petit type) high temperature value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si631.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> making this order of magnitude inequality more stringent than might be suspected otherwise. As remarked above, in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf4840">(71)</ce:cross-ref>, <ce:italic>N</ce:italic> may be of arbitrary size. Indeed, what matters is that in the uncertainty relations we may still approximate the equilibrium energy fluctuations in the larger hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0690" id="crf4850">(67)</ce:cross-ref> and that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> only interacts with sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. The environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> may be chosen to be the smallest volume such that all sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> interact amongst themselves or with sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and as long as all observables in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (including fluctuations) are equal to those in thermal equilibrium. Generally, the upper bound of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf4860">(71)</ce:cross-ref> becomes more stringent as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> decreases (scaling with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si632.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>). Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf4870">(71)</ce:cross-ref> also provides a lower bound on the average long distance correlators,<ce:display><ce:formula id="fm0740"><ce:label>(72)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si633.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si634.svg"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. By the equilibrium fluctuation-response theorem, this inequality implies a lower bound on the uniform susceptibility <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si635.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> associated with a general order parameter or field <ce:italic>Q</ce:italic> for an equilibrated open thermal system in which <ce:italic>Q</ce:italic> fluctuates at a rate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si636.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0750"><ce:label>(73)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si637.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display></ce:para></ce:section><ce:section id="se0280"><ce:label>10.3</ce:label><ce:section-title id="st0290">Bounds on the rate of change of general local operators in translationally invariant thermal systems</ce:section-title><ce:para id="pr0910">To elucidate the meaning of the inequalities of Section <ce:cross-ref refid="se0270" id="crf4880">10.2</ce:cross-ref> and illustrate how (a) the time-energy uncertainty inequalities arising from dynamics and (b) equalities in thermal equilibrium intertwine with one another, we next explicitly consider what occurs for the expectation values of local quantities in translationally invariant systems (LTI).</ce:para><ce:para id="pr0920"><ce:bold>Assumption (1</ce:bold><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math><ce:bold>)</ce:bold>: We consider local quantities <ce:italic>Q</ce:italic> defined on a spatial region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si639.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. The operators <ce:italic>Q</ce:italic> commute with all terms in the Hamiltonian that do not involve sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>. The open system-environment hybrid <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> is embedded in a larger volume Λ (of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si599.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). Now, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> itself does not need to constitute a sufficiently large region displaying typical thermal expectation values (i.e., Assumption (2<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>) no longer holds). Instead of Assumption (2<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>), we impose an even weaker condition:</ce:para><ce:para id="pr0930"><ce:bold>Assumption (2</ce:bold><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math><ce:bold>)</ce:bold>: Global expectation values in Λ are given by equilibrium thermal averages. ⋄</ce:para><ce:para id="pr0940"><ce:bold>Assumption (3</ce:bold><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math><ce:bold>)</ce:bold>: The time independent Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> governing the dynamics of Λ is translationally invariant.</ce:para><ce:para id="pr0950">With these assumptions, we discuss general (possibly infinite volume) theories on a spatial region Λ that evolve according to a fixed translationally Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and ask what occurs when the initial probability density matrix to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> describes the large volume Λ in equilibrium. We will derive bounds only slightly weaker than those of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf4890">(71)</ce:cross-ref> when only Assumptions (1<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>), (2<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>), and (3<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) are invoked instead of Assumptions (1<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>), (2<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>), and (3<ce:sup><ce:italic>o</ce:italic></ce:sup>). Towards that end, we explicitly define <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si642.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> to be the set of all terms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that do not commute with the quantity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si643.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and thus (by Heisenberg's equation of motion) contribute to its time derivative, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si644.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>. As emphasized above, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> may be the sum of all terms in the global Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that do not commute with <ce:italic>Q</ce:italic> and thus endow <ce:italic>Q</ce:italic> with dynamics. To make the above explicit, we derive Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf4900">(71)</ce:cross-ref> in a general setting, longhand,<ce:display><ce:formula id="fm0760"><ce:label>(74)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si645.svg"><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex" id="mmlbr0015">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0015" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Eq. <ce:cross-ref refid="fm0760" id="crf4910">(74)</ce:cross-ref> is valid at all times and constitutes a minor twist of the standard time-energy uncertainty relations. In the third equality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0760" id="crf4920">(74)</ce:cross-ref>, we picked out of the full many body Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si646.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the sum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si647.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of all terms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that do not commute with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si648.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. That is, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si649.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>. The last inequality in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0760" id="crf4930">(74)</ce:cross-ref> is, once again, the standard uncertainty identity, now applied to the two self-adjoint operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si650.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si651.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (the deviation, at time <ce:italic>t</ce:italic>, of <ce:italic>Q</ce:italic> from its equilibrium value as computed with the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), viz.,<ce:display><ce:formula id="fm0770"><ce:label>(75)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si652.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> As we remarked earlier (Section <ce:cross-ref refid="se0240" id="crf4940">10.1</ce:cross-ref>), such an uncertainty inequality applies both to pure states (the typical case) as well as mixed states with general density matrices <ce:cross-ref refid="br0580" id="crf4950">[58]</ce:cross-ref>. The above equations were a consequence of the system dynamics. We next discuss what occurs in thermal equilibrium. If Λ is in thermal equilibrium, the variance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si653.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> will be that of the operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si528.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> computed in the thermal state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Inserting Eq. <ce:cross-ref refid="fm0690" id="crf4960">(67)</ce:cross-ref> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0760" id="crf4970">(74)</ce:cross-ref> leads to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf4980">(71)</ce:cross-ref> anew. The heat capacity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si606.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf4990">(71)</ce:cross-ref> is that associated with the fluctuations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si526.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> when computed with the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (leading to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0690" id="crf5000">(67)</ce:cross-ref>). It is important to explain the physical content of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si627.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. For all quantities <ce:italic>Q</ce:italic> if the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> depends solely on the time independent Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (e.g., the density matrix associated with the canonical ensemble) the evolution operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si654.svg"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will then commute with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and all expectation values will be stationary. This identical stationarity does not capture the local dynamics in thermal systems. In, e.g., an equilibrated gas, the atomic positions of the particles are not stationary (i.e., the average computed with the exact density matrix describing the gas will be time dependent). However, the expectation value of the velocity of any given particle when computing this average with the equilibrium canonical density matrices is identically zero; there is a finite probability density for the particles to assume any velocity and only the mean velocity vanishes. By the “mean”, we may refer to an (i) ensemble average or one over (ii) long times or as we will focus when Assumption (2-<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) holds, for systems with translationally invariant Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, (iii) a global average over all of space. Indeed, while the global velocity average in an equilibrated ideal gas is zero, the local velocities are finite. The density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si655.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si656.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> denoting the partition function, yields the correct average of local observables yet does not describe the dynamics in the equilibrium system. That is, the global average<ce:display><ce:formula id="fm0780"><ce:label>(76)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si657.svg"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> of any Heisenberg picture expectation value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> evaluated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is stationary if Λ is an equilibrium system with a value given by<ce:display><ce:formula id="fm0790"><ce:label>(77)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si659.svg"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> From Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0760" id="crf5010">(74)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0770" id="crf5020">(75)</ce:cross-ref>, for identical local operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si660.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, each with a corresponding <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si661.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> defined on a region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si662.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, we have<ce:display><ce:formula id="fm0800"><ce:label>(78)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si663.svg"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Invoking Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0780" id="crf5030">(76)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0790" id="crf5040">(77)</ce:cross-ref>, the righthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0800" id="crf5050">(78)</ce:cross-ref> can be rewritten as a canonical thermal average of the fluctuations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si664.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> whose value is set by the correspodning heat capacity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si665.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and temperature,<ce:display><ce:formula id="fm0810"><ce:label>(79)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si666.svg"><mml:mi id="mmlbr0016">T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false" linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0016" linebreakstyle="before">⇒</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Eq. <ce:cross-ref refid="fm0810" id="crf5060">(79)</ce:cross-ref> constitutes a bound on general local measures of the dynamics in thermal systems. In going from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0800" id="crf5070">(78)</ce:cross-ref> to the top line of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0810" id="crf5080">(79)</ce:cross-ref>, we invoked Assumption (2<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si638.svg"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>): the expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si667.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the same for all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si668.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (and is thus equal to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si669.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> times the sum on the lefthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0800" id="crf5090">(78)</ce:cross-ref>) and, for the assumed time independent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, is also the same at all times <ce:italic>t</ce:italic>. In the bottom line of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0810" id="crf5100">(79)</ce:cross-ref>, on the righthand side, the global average of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0780" id="crf5110">(76)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0790" id="crf5120">(77)</ce:cross-ref> is applied to the ratio<ce:display><ce:formula id="fm0820"><ce:label>(80)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si670.svg"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> On the lefthand side of the last equality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0810" id="crf5130">(79)</ce:cross-ref>, we applied, analogous to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0690" id="crf5140">(67)</ce:cross-ref>, the identity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si671.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In Eq. <ce:cross-ref refid="fm0820" id="crf5150">(80)</ce:cross-ref>, both the expectation value of the local temporal derivative <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si672.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> and the local variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si673.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> are calculated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0810" id="crf5160">(79)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0820" id="crf5170">(80)</ce:cross-ref> constitute an explicit local weaker rendition of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf5180">(71)</ce:cross-ref> that require the use of the global average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> as defined in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0780" id="crf5190">(76)</ce:cross-ref>. We stress that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si674.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is not an uncertainty due to purely quantum effects. Rather, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si674.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si673.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> in the equilibrium system Λ (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si674.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> depicts fluctuations of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si676.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> from its average value as computed with the thermal density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). The global average of the local variances <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si674.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is that given by the canonical density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si677.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0960">To further clarify the physical content of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0810" id="crf5200">(79)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0820" id="crf5210">(80)</ce:cross-ref>, we may consider <ce:italic>Q</ce:italic> to be a single position coordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si678.svg"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of particle <ce:italic>i</ce:italic> of mass <ce:italic>m</ce:italic> in a general many body thermal system Λ. The index <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si679.svg"><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:math> labels the Cartesian component of the particle location in <ce:italic>d</ce:italic> spatial dimensions. The full many body Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si680.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:math> contains kinetic energies (<ce:italic>T</ce:italic>) and <ce:italic>any</ce:italic> position dependent interactions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si681.svg"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. At any time <ce:italic>t</ce:italic>, the Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si682.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may be chosen to be the kinetic term <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si683.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> since only this term in the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> does not commute with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si684.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. From Eq. <ce:cross-ref refid="fm0810" id="crf5220">(79)</ce:cross-ref>, we observe that in an equilibrated system at temperature <ce:italic>T</ce:italic>, the equilibrium fluctuations (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si685.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) in any Cartesian component of the individual particle locations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si686.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> about their average equilibrium values must obey a simple inequality,<ce:display><ce:formula id="fm0830"><ce:label>(81)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si687.svg"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> if the heat capacity associated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si688.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> in the exact quantum system is lower than that computed in the classical limit <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si689.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. By the equipartition theorem, for any interactions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si681.svg"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the classical thermal average <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si690.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> and the associated heat capacity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si691.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. Stated equivalently, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0830" id="crf5230">(81)</ce:cross-ref> will hold if the fluctuations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si541.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> in the quantum system given by the exact <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are bounded from above by those of in the classical limit, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si692.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si693.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denotes the variance as computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si694.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si695.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> the classical partition function) instead of computing the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> with the exact density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si623.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. For a classical thermal system, irrespective of the spatial dependence of the interaction <ce:italic>V</ce:italic>, the phase space integrals for computing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si693.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> decouple into those over the position coordinates and those for the individual momentum components; the single momentum integral that does not cancel identically when averaging with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si697.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> involves only a Gaussian distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si698.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> leading, as it must by the equipartition theorem, to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0830" id="crf5240">(81)</ce:cross-ref>. With a simple substitution, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0730" id="crf5250">(71)</ce:cross-ref> is similarly realized with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si699.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> if the self-adjoint <ce:italic>Q</ce:italic> is any periodic function of an angle <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si700.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that, amongst all terms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, does not commute only with a single kinetic term <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si701.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> (as happens when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si702.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>). A physical realization is that of a molecular system with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si700.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denoting, for any single molecule, the angle around a principal axis of rotation and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si703.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> an angular contribution to the kinetic energy with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si704.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the associated moment of inertia. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si705.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the orbital angular momentum conjugate to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si700.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si706.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>). For such molecular systems, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0830" id="crf5260">(81)</ce:cross-ref> will hold anew when interchanging the Heisenberg picture <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si707.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <ce:italic>Q</ce:italic> any 2<ce:italic>π</ce:italic> periodic function of the angle <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si700.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, if, as earlier, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si708.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">classical</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. The analogous inequalities for the fluctuations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si709.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the canonically conjugate momentum component of an individual particle are typically more involved since, generally, the momentum of an individual particle does not commute with multiple interaction terms (this becomes more acute in systems with long range interactions) that include the said individual particle coordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si710.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. That is, the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si640.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> giving rise to the dynamics of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si711.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (i.e., all potential energy terms whose sum is the associated force component <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si712.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>) includes all interaction terms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si681.svg"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> containing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si710.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0970">We conclude this Section by connecting our results concerning uncertainties in intensive quantities to conventional (non-weak <ce:cross-refs refid="br0890 br0900 br0910 br0920" id="crs0210">[89–92]</ce:cross-refs>) quantum measurements. Qualitatively, interactions with the environment might be expected to mimic rapid repeated measurements that collapse the wavefunction and not allow Schrodinger type mixing states of significantly different energies to exist. Such a colloquial “paradox” is somewhat ill formed as we now explain. Continuous measurements by an environment will indeed not enable large uncertainties to appear. However, the putative existence of continuous collapses will also not allow for any change in the energy density or other intensive quantities. This situation is reminiscent to the well-known “Quantum Zeno Effect” <ce:cross-ref refid="br0930" id="crf5270">[93]</ce:cross-ref>. Progressively weaker continuous measurements <ce:cross-refs refid="br0890 br0900 br0910 br0920" id="crs0220">[89–92]</ce:cross-refs> may allow for a more rapid evolution of various quantities hand in hand with larger uncertainties. We will discuss adiabatic process, quantum measurements, and thermalization in Section <ce:cross-ref refid="se0330" id="crf5280">15</ce:cross-ref>.</ce:para></ce:section></ce:section><ce:section id="se0290"><ce:label>11</ce:label><ce:section-title id="st0300">Deviation from equilibrium averages</ce:section-title><ce:para id="pr0980">In the earlier Sections, we demonstrated that forcefully varying the set of intensive (typical state variable) parameters <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si713.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> characterizing the eigenstates of <ce:italic>H</ce:italic> (such as the energy and particle number densities) at a finite rate generally leads to a widening of the distributions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si714.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of these quantities. This was investigated for systems both in the presence and absence of an explicitly included external environment with similar conclusions. Indeed, the causal constraints on the effective interactions associated with the environment was the greatest physical distinction of interest. In this Section, we wish to underscore that such a widening of the distributions <ce:italic>P</ce:italic> allows for a natural departure from equilibrium behaviors. That is, even if the expectation values of general observables in individual eigenstates coincide with equilibrium averages <ce:cross-refs refid="br0370 br0380 br0390 br0400 br0410 br0420 br0430 br0440 br0450" id="crs0230">[37–45]</ce:cross-refs> and <ce:italic>H</ce:italic> has no special many body localized eigenstates <ce:cross-refs refid="br0460 br0470 br0480 br0490 br0500 br0510 br0520 br0530 br0540" id="crs0240">[46–54]</ce:cross-refs>, once a broad distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si714.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is present, all averages differ from those in true equilibrium ensembles. This will occur since the broad probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si714.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> describing the driven system is different from the corresponding probability distribution in equilibrium systems (where all intensive quantities have vanishingly small fluctuations); thus the broad distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si714.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will give rise to expectation values of typical observables that are different from those found in equilibrium. We write the equilibrium averages of quantities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si715.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that commute with the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si716.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0950" id="crf5290">[95]</ce:cross-ref> in a general equilibrium ensemble <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si717.svg"><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:math> for large systems of arbitrary finite size,<ce:display><ce:formula id="fm0840"><ce:label>(82)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si718.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, the integration is performed over the full set of intensive variables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si713.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> and the function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si719.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> denotes the probability distribution in an equilibrium ensemble <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si717.svg"><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:math> for which the average of the various quantities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si720.svg"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Lastly, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si721.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. Augmenting the set of intensive quantities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si713.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> defining any of the standard equilibrium ensemble probability distributions, the index <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si717.svg"><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:math> may specify any additional quantum numbers. These quantum numbers may be associated with symmetries in which case <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si717.svg"><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:math> can label the orthogonal degenerate eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si722.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> of fixed energy or particle number or other global observables giving rise to the intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic>. For instance, in Ising spin systems, the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si723.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may be finite only for states with a positive magnetization <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si724.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> as it is in these systems at temperatures below the ordering temperatures once time reversal symmetry is spontaneously broken. An essential feature of all systems in equilibrium is that they exhibit well defined thermodynamic state variables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si713.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>. For instance, as we alluded to in earlier Sections, the energy density exhibits <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si725.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> fluctuations in the open systems described by the canonical ensemble while it displays <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si726.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> fluctuations in closed systems described by the microcanonical ensemble. In all equilibrium ensembles, the width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si727.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of any intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic> vanishes as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>. This sharp delta-function like characteristic of the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si723.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is diametrically opposite of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si714.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si727.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is finite. Consequently, the expectation value in the driven system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si728.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> during the period in which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si713.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> are made to vary with time (that will be given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0840" id="crf5300">(82)</ce:cross-ref> with the replacement of the equilibrium probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si729.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> by its non-equilibrium counterpart with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si714.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) will generally differ from the equilibrium average <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si730.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr0990">We now relate the equilibrium and non-equilibrium expectation values. Because the equilibrium distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si723.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is, for large systems, essentially a delta-function in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si713.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> (and all additional numbers <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si717.svg"><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:math>), we may explicitly write the expectation values in the driven system as<ce:display><ce:formula id="fm0850"><ce:label>(83)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si732.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> That is, <ce:italic>the expectation values of the observables</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si715.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> <ce:italic>in the driven system may be expressed as weighted sums of the equilibrium averages</ce:italic> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si734.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> with the weights given by the finite width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si727.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1257.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> that we focused on in the earlier Sections <ce:cross-ref refid="br0960" id="crf5310">[96]</ce:cross-ref>. The equilibrium expectation values <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si734.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0840" id="crf5320">(82)</ce:cross-ref> are experimentally known in many cases. Thus, to predict the expectation values in the driven system, we need to know <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1257.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In Eq. <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf5330">(83)</ce:cross-ref>, we allowed the probability distribution of the driven system to depend both on the general state variables characterizing the eigenstates of <ce:italic>H</ce:italic> along with any additional quantum numbers <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si717.svg"><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:math> that might be selected to define various equilibrium ensembles (e.g., the sectors of positive and negative magnetization in low temperature Ising systems or qualitatively similar sectors describing the broken translational and rotational symmetries of an equilibrium low temperature crystal).</ce:para><ce:para id="pr1000">We next consider what occurs <ce:italic>if driven systems fail to equilibrate</ce:italic> at times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si736.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (when the parameters <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si737.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> are no longer forcefully varied at a finite rate) and the system is effectively governed by the time independent Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> and the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of energy densities as measured by the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> will identically remain unchanged at all times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si736.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Towards this end, we remark that, for a system with any fixed time independent Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic>, the long time average of a general bounded operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> (that, unlike <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si715.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, need not commute with the Hamiltonian) is given by<ce:display><ce:formula id="fm0860"><ce:label>(84)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si738.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si739.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> the density matrix at the final time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> after which the Schrodinger picture density matrix no longer changes in time, the Heisenberg picture <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si740.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, and (as we have invoked it earlier) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si741.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> is the said long averaging time. The instantaneous density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si742.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is constant in time if and only if the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si743.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0520" id="crf5340">(50)</ce:cross-ref> is constant in time for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si744.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. From the latter “if and only if” relation, the second line in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0860" id="crf5350">(84)</ce:cross-ref> follows.</ce:para><ce:para id="pr1010">Now, by the Heisenberg equations of motion, for bounded operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>, as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si745.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>, the commutator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si746.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. In other words, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si747.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is trivially diagonal in the eigenbasis of the Hamiltonian <ce:cross-ref refid="br0950" id="crf5360">[95]</ce:cross-ref>. (For classical systems, similar results are obtained when invoking Hamilton's equations with the commutators replaced by Poisson brackets.) For finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si741.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, there are corrections to the vanishing commutator that scale as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si749.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. Since, in the long time limit, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si747.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> commutes with the Hamiltonian, we may apply Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0840" id="crf5370">(82)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf5380">(83)</ce:cross-ref>. In particular, with the substitution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si750.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf5390">(83)</ce:cross-ref> will provide the long time averages of arbitrary observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>. For any ergodic system in equilibrium, the thermal average of the operator of any long time average <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si751.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0860" id="crf5400">(84)</ce:cross-ref> is the equilibrium average. Substituting in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf5410">(83)</ce:cross-ref>, one thus explicitly has<ce:display><ce:formula id="fm0870"><ce:label>(85)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si752.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Along other lines, a similar conclusion was drawn in <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf5420">[23]</ce:cross-ref>. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf5430">(85)</ce:cross-ref> is a general relation that holds true independent of the results derived in the earlier Sections and is true also in classical systems. From this equality we see that, excusing many body localized states <ce:cross-refs refid="br0460 br0470 br0480 br0490 br0500 br0510 br0520 br0530 br0540" id="crs0250">[46–54]</ce:cross-refs>, the only way that long time averages may be different from equilibrium averages is that the distributions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1257.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> are not simple delta functions or simple combinations thereof (e.g., if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si753.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> has no dependence on some set of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si754.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> values then these may be superposed) that reproduce equilibrium expectation values. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf5440">(85)</ce:cross-ref> holds for general local and global observables. In the special case in which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si755.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is a sum of local operators using Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf5450">(85)</ce:cross-ref> to evaluate the long time average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si756.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> implies that the long time average of the pair correlators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si757.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> need not vanish for large spatial distances <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si4.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> if the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1257.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is associated with a broad distribution in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> values (equilibrium averages for different <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si754.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and <ce:italic>W</ce:italic> yield disparate values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>). In what follows, we will ask whether an initially driven system may effectively saturate to a distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> that relative to time independent Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> exhibits a vanishingly narrow (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> as in equilibrium systems) or to a finite width (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si232.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) distribution. In Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf5460">13</ce:cross-ref>, we will consider a temperature (<ce:italic>T</ce:italic>) dependent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0300"><ce:label>12</ce:label><ce:section-title id="st0310">Effective equilibrium in driven systems</ce:section-title><ce:para id="pr1020">We now consider a closed system sans an environment (procedure (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf5470">2</ce:cross-ref>). In this setting, given the time ordered exponential <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si442.svg"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the density matrix evolves as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si26.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. It follows that any initial (Schrodinger picture) equilibrium probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si761.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <ce:italic>f</ce:italic> a function of the Hamiltonian will evolve as<ce:display><ce:formula id="fm0880"><ce:label>(86)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si762.svg"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si763.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, e.g., a general (canonical) Boltzmann distribution <ce:italic>f</ce:italic> in <ce:italic>H</ce:italic> will evolve into a corresponding one in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si764.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0880" id="crf5480">(86)</ce:cross-ref> may further enable the proof of other relations <ce:cross-ref refid="br0970" id="crf5490">[97]</ce:cross-ref>. If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is time independent for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si765.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> (different from the initial (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic>) then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si766.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si767.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is equal to the Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si768.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si769.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). If <ce:italic>H</ce:italic> is a local Hamiltonian then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si767.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will remain local in the Heisenberg picture operators at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si769.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, if, e.g., the system starts from a thermal state at inverse temperature <ce:italic>β</ce:italic> (and, by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0880" id="crf5500">(86)</ce:cross-ref>, with a (Schrodinger picture) canonical ensemble density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si770.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> then at general times <ce:italic>t</ce:italic>, the probability density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si771.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with (given the unitary evolution) the (time independent) partition function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si772.svg"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>. Thus, within the Heisenberg picture, all observables of the driven system (starting from thermal equilibrium at inverse temperature <ce:italic>β</ce:italic>) will satisfy<ce:display><ce:formula id="fm0890"><ce:label>(87)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si773.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Thus, the logarithm of the density matrix generates the dynamics for the time reversed operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si774.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in the Heisenberg picture. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0890" id="crf5510">(87)</ce:cross-ref> holds also in the classical limit (with commutators replaced by Poisson Brackets (PB), <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si775.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, with the sum over all generalized coordinates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si776.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and their conjugate momenta <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si777.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). Thus, for a driven classical system that starts from thermal equilibrium at temperature <ce:italic>T</ce:italic> (having, at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, a classical probability density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si778.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>),<ce:display><ce:formula id="fm0900"><ce:label>(88)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si779.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Similar to the quantum commutators, the appearance of both <ce:italic>t</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si769.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0900" id="crf5520">(88)</ce:cross-ref> captures the opposite sign partial time derivatives of the classical probability density (Liouville's equation) and time derivatives of general observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> (Hamilton's equations) when expressed in terms of classical PBs. (By Liouville's theorem, the time derivative of the locally conserved probability density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si780.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> is the sum of the partial time derivative <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si781.svg"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> and the classical PB between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and the Hamiltonian leading to the latter opposite sign.) Eq. <ce:cross-ref refid="fm0900" id="crf5530">(88)</ce:cross-ref> suggests a similar equation also for overdamped dissipative systems so long as their microscopics are governed by an underlying Hamiltonian (as, indeed, all real physical systems are) and may thus relate to earlier analysis (e.g., <ce:cross-ref refid="br0980" id="crf5540">[98]</ce:cross-ref>) in particular limiting cases. Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0890" id="crf5550">(87)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0900" id="crf5560">(88)</ce:cross-ref> further call into focus the important role of the modular Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si783.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> studied in previous works <ce:cross-ref refid="br1030" id="crf5570">[103]</ce:cross-ref>. If the temperature varies with time then in Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0890" id="crf5580">(87)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0900" id="crf5590">(88)</ce:cross-ref> the relevant value of <ce:italic>T</ce:italic> (and of the inverse temperature <ce:italic>β</ce:italic>) is that of the initial equilibrium state <ce:cross-ref refid="br1040" id="crf5600">[104]</ce:cross-ref>. We stress that the invariance of the partition function under the unitary temporal evolution does not imply that the states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> do not change their character as the system evolves <ce:cross-refs refid="br1050 br1060" id="crs0260">[105,106]</ce:cross-refs>.</ce:para><ce:para id="pr1030">If the system no longer varies (or varies weakly) in time (e.g., the system approaches a nearly stationary Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si764.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) then the probability density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si784.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will become (nearly) time independent. In particular, all expectation values computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will be (nearly) time independent in much the same way that they were in the original equilibrium distribution. (Moreover, for an adiabatic evolution the density matrix becomes (by the adiabatic or Gell-Mann Low theorems <ce:cross-ref refid="br1070" id="crf5610">[107]</ce:cross-ref>) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si778.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">canonical</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> associated with the final Schrodinger picture Hamiltonian.) If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si785.svg"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and initial Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> are both spatially uniform then the resulting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si786.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> defining the effectively equilibrated system will also be translationally invariant. For any <ce:italic>f</ce:italic>, the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si787.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> as computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si788.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will be identically zero. However, as explained in the earlier sections, the variance of the original Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> (not the variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si786.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) may scale as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si157.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. A large variance (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1418.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) allows for (yet does not mandate) rapid dynamics under <ce:italic>H</ce:italic>. The von Neumann equation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si790.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math> allows for stationary <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> regardless of the magnitude of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si791.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. An example is afforded by a Schrodinger picture density matrix diagonal in the eigenbasis of <ce:italic>H</ce:italic>, and thus trivially stationary once the system evolves under <ce:italic>H</ce:italic> in the absence of external driving terms. Similar to the discussion following Eq. <ce:cross-ref refid="fm0620" id="crf5620">(60)</ce:cross-ref>, the off-diagonal spread of <ce:italic>ρ</ce:italic> determines its fluctuation frequencies. Indeed, some systems (e.g., glasses that we turn to next) do not adhere to the same equations of state as their conventional equilibrium (e.g., equilibrium solid and fluid) counterparts yet may, nonetheless, appear stationary on very long time scales.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0310"><ce:label>13</ce:label><ce:section-title id="st0320">“To thermalize or to not thermalize?”</ce:section-title><ce:para id="pr1040">The above question alludes to possible differences between (i) an <ce:italic>effective equilibrium</ce:italic> density matrix associated with a density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si11.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (including those for the systems discussed in Section <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf5630">12</ce:cross-ref>) that becomes nearly stationary (and thus a nearly constant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si486.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) at finite long times <ce:italic>t</ce:italic> and (ii) the density matrix associated with the <ce:italic>truly asymptotic long time equilibrium</ce:italic> density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si792.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Most of our focus thus far has been on intermediate times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si222.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> during which the energy density (or any other intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic>) varied. We showed that during these times, the standard deviation of <ce:italic>q</ce:italic> may be finite, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si793.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, the variation of general quantities <ce:italic>q</ce:italic> (including, notably, the energy density or temperature) may trigger long range correlations. As discussed in Appendix <ce:cross-ref refid="se0390" id="crf5640">E</ce:cross-ref>, this effect may be further exacerbated by “non-self-averaging” <ce:cross-refs refid="br0990 br1000 br1010 br1020" id="crs0270">[99–102]</ce:cross-refs> found in disordered systems. Our inequalities of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0670" id="crf5650">(65)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf5660">(69)</ce:cross-ref> hold for general fluctuations (regardless of the magnitude of their “classical” and “quantum” contributions <ce:cross-ref refid="br0280" id="crf5670">[28]</ce:cross-ref> to the variance). In most systems coupled to an external bath, after the temperature or field no longer changes (e.g., when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si115.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> vanishes at times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si794.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:math>) thermalization rapidly ensues already at short times after <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Indeed, there are arguments (including certain rigorous results) that “typical” states <ce:cross-ref refid="br0880" id="crf5680">[88]</ce:cross-ref> might thermalize on times set by Planck's constant and the temperature, viz. the “Planckian” time scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si795.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> encountered in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0720" id="crf5690">(70)</ce:cross-ref>. Other, exceedingly short (as well as long), equilibration time scales may be present <ce:cross-ref refid="br1080" id="crf5700">[108]</ce:cross-ref>. The Planckian rate of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0720" id="crf5710">(70)</ce:cross-ref> appears in a host of interacting systems, e.g., <ce:cross-refs refid="br1090 br1100 br1110 br1120 br1130 br1140" id="crs0280">[109–114]</ce:cross-refs>. Various reaction times are often given by such minimal Planckian time scales multiplied by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si796.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with Δ<ce:italic>G</ce:italic> the effective Gibbs free energy barrier for the reaction or relaxation to occur, e.g., <ce:cross-refs refid="br1140 br1150" id="crs0290">[114,115]</ce:cross-refs>. However, some systems such as glasses do not achieve true equilibrium: measurements on viable experimental time scales differ from the predictions of the microcanonical or canonical ensemble averages. (The difference between the microcanonical and canonical ensembles is irrelevant for all intensive quantities in the absence of long range interactions for which “ensemble inequivalence” is known to appear <ce:cross-refs refid="br1160 br1170 br1180 br1190" id="crs0300">[116–119]</ce:cross-refs>.) In such cases (including, e.g., rapid supercooling of liquids that can lead to glass formation), the system may effectively exhibit self-generated disorder. Structural glasses are disordered relative to their truly thermalized crystalline counterparts. It is important to stress, however, that both structural glasses and crystalline solids are governed by the very same (disorder free) Hamiltonian. The effective disorder that glasses exhibit is not intrinsic but merely self-generated by the rapid supercooling protocol of non-disordered liquids. Thus, as hinted in Section <ce:cross-ref refid="se0290" id="crf5720">11</ce:cross-ref>, the question remains as to whether, once the energy density or other intensive quantity no longer varies (e.g., once the glass is formed and its temperature not lowered), the system will thermalize on experimental time scales (and display the rightmost distribution of <ce:cross-ref refid="fg0010" id="crf5730">Fig. 1</ce:cross-ref>) or not be able to do so. Similar to Assumption (3) of Section <ce:cross-ref refid="se0240" id="crf5740">10.1</ce:cross-ref>, starting from a glassy state, supercooled liquids achieve their true equilibrium (crystalline) state only at asymptotically long times <ce:cross-ref refid="br1250" id="crf5750">[125]</ce:cross-ref>. In systems that do not thermalize on experimental time scales, the discrepancy between equilibrium ensemble averages and empirical observables hints that the width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the energy density might become smaller than it was during the cooling process yet is not vanishingly small. Indeed, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> and no special “many body localized” states <ce:cross-refs refid="br0460 br0470 br0480 br0490 br0500 br0510 br0520 br0530 br0540" id="crs0310">[46–54]</ce:cross-refs> exist <ce:italic>then the long time averages of all observables must be equal their microcanonical expectation values</ce:italic>. Specifically, similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf5760">(85)</ce:cross-ref>, the time average of a general quantity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> over a long (finite) time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si66.svg"><mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:math> during which the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1257.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is nearly stationary is identical to the equilibrium average, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si799.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> when the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1257.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is of a delta-function type nature in the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic> and all other intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic>. If the expectation values of the thermodynamic equilibrium observables depend on the temperature or energy density (and are the same for all states related by symmetries of the Hamiltonian) then deviations of long time average values of observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> from their true equilibrium average values <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf5770">[23]</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm0910"><ce:label>(89)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si800.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> will imply that <ce:italic>the width of the energy density may remain finite even after the system is no longer driven</ce:italic>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si164.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. In glassy systems that, by their defining character, cannot achieve true equilibrium (and thus satisfy Eq. <ce:cross-ref refid="fm0910" id="crf5780">(89)</ce:cross-ref>) on relevant experimental time scales, the link to the external bath is effectively excised since the dynamics are so slow that little flow may appear. Here, the finite long time averages of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0860" id="crf5790">(84)</ce:cross-ref> may be employed. If, in such instances, the probability density becomes time independent on measurable time scales then only an effective equilibrium (different from the true equilibrium defined by an equilibrium ensemble for the Hamiltonian defining the system) may be reached. That is, in systems with an effective equilibrium at sufficiently long times, see Section <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf5800">12</ce:cross-ref>, the probability density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may be history independent and be a function of only a few global state variables yet differ from the conventional equilibrium statistical mechanics probability density in which the standard deviations of all intensive quantities vanish, e.g., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Since the probability density determines all observable properties of the system, interdependences between the state variables (i.e., equations of state) may result <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf5810">[23]</ce:cross-ref>. Such a nearly static effective long time equilibrium distribution bears some resemblance to “prethermalization” in perturbed, nearly-integrable, models and other systems, e.g., <ce:cross-refs refid="br1200 br1210 br1220 br1230 br1240" id="crs0320">[120–124]</ce:cross-refs>. Indeed, if local observables do not vary rapidly in time then, by the Heisenberg equations of motion, these observables nearly commute with the Hamiltonian (and constitute nearly integrable constants of motion). We remark that by applying the Matsubara-Matsuda transformation <ce:cross-ref refid="br0650" id="crf5820">[65]</ce:cross-ref> (similar to that invoked in Section <ce:cross-ref refid="se0110" id="crf5830">6.2</ce:cross-ref>), we may map the prethermalized three-dimensional spiral spin states of <ce:cross-ref refid="br1240" id="crf5840">[124]</ce:cross-ref> to establish the existence of long-lived effective equilibrium crystals of hard-core bosons. As stated above (see also Section <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf5850">12</ce:cross-ref>), at asymptotically long times, systems such as glasses finally truly thermalize to true equilibrium solids <ce:cross-ref refid="br1250" id="crf5860">[125]</ce:cross-ref>. However, prior to reaching the true equilibrium defined by the any of the canonical ensembles for the full system Hamiltonian, over very long finite times, the supercooled liquid/glass may display a nearly static distribution <ce:italic>P</ce:italic> and thus obeys equations of state, absence of memory effects and other hallmarks of effective equilibrium. Even when the equilibrium averages <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si753.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> feature non-analyticities at specific <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si754.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, the smeared average of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf5870">(85)</ce:cross-ref> can be analytic (e.g., no measurable phase transitions might appear as <ce:italic>T</ce:italic> is varied). In <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf5880">[23]</ce:cross-ref>, we introduced this notion of an effective long time distribution <ce:italic>P</ce:italic> of finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and employed it to predict the viscosity of glass formers. This prediction was later tested <ce:cross-refs refid="br1260 br1270" id="crs0330">[126,127]</ce:cross-refs> for the measured viscosity data of all known glass formers when these are supercooled below their melting temperature. <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf5890">Fig. 7</ce:cross-ref><ce:float-anchor refid="fg0070"/> reproduces the result. Here, the probability density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si804.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> at temperature <ce:italic>T</ce:italic> is a normal distribution with the (finite) energy density width<ce:display><ce:formula id="fm0920"><ce:label>(90)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si805.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> In Eq. <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf5900">(90)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si806.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> is a liquid dependent constant (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si807.svg"><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mn>0.12</mml:mn></mml:math> for all liquids with published viscosity data <ce:cross-refs refid="br1260 br1270" id="crs0340">[126,127]</ce:cross-refs>). In equilibrium, such values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si808.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math> would be typically anticipated for effective classical harmonic solids/clusters (displaying a Gaussian distribution of the energy density with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si809.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> where the heat capacity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si810.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si811.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:math>) of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si812.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math> atoms in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si813.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math> dimensions. Albeit emulating such effective finite size equilibrium clusters, the energy densities <ce:italic>ϵ</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si814.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf5910">(90)</ce:cross-ref> are, respectively, those of the genuinely <ce:italic>macroscopic</ce:italic> supercooled liquid or glass at temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si815.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and at the melting (or “liquidus”) temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The wide distribution of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf5920">(90)</ce:cross-ref> mirrors that present in non-self-averaging disordered classical systems with an approximately linear in <ce:italic>T</ce:italic> standard deviation and energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si817.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. (All eigenstates of the density matrix may share the same energy while displaying a finite standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.) In the models of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf5930">6</ce:cross-ref> (with the distribution of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf5940">(13)</ce:cross-ref> that was far from the canonical normal form of equilibrium systems), the systems were driven by an external source whose effect on general quantities was cyclic in time. The situation may be radically different when the system is no longer forcefully driven out of equilibrium yet, nonetheless, is still unable to fully equilibrate. If, as in equilibrium thermodynamics, the final state maximizes the Shannon entropy for a given energy then the probability distribution of the energy density will be a Gaussian of width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si818.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> and standard <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si819.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> fluctuations result (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si820.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math> for a nearly constant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si42.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). For systems of temperature <ce:italic>T</ce:italic> that have not fully equilibrated, we may (as illustrated in the earlier Sections) find finite width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. If the distributions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> minimally differ in form from those in equilibrium then they may still be Gaussian with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si820.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math>. Indeed, the general distribution that maximizes the Shannon entropy given a <ce:italic>finite</ce:italic> standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (and average energy density) is a Gaussian. Adhering to Occam's razor, the sole difference between the distribution of the energy density in equilibrium systems and those that we assume here for systems that have not yet achieved equilibrium is that in the latter systems <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1301.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (while <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> for equilibrium systems in their thermodynamic limit). Non-rigorous considerations further suggest the appearance of a Gaussian distribution once the system is no longer further cooled (or heated), see Appendix <ce:cross-ref refid="se0530" id="crf5950">M</ce:cross-ref> <ce:cross-refs refid="br1280 br1290" id="crs0350">[128,129]</ce:cross-refs>. Assuming a normal distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the viscosity <ce:italic>η</ce:italic> of supercooled liquids at temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si823.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> was predicted (by an application of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf5960">(85)</ce:cross-ref>) to be <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf5970">[23]</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm0930"><ce:label>(91)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si824.svg"><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>T</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf5980">(91)</ce:cross-ref> is a direct consequence of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf5990">(85)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf6000">(90)</ce:cross-ref> and the Stokes' law <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6010">[23]</ce:cross-ref>. This prediction is indicated by the continuous curve in <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf6020">Fig. 7</ce:cross-ref>. The coincidence between this non-perturbative prediction and the experimental data extends 16 decades of the viscosity increase and is a compilation of the analysis of the data of 45 fluids <ce:cross-ref refid="br1260" id="crf6030">[126]</ce:cross-ref>; the corresponding dimensionless ratio in the argument of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6040">(91)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si825.svg"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>T</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> (the abscissa of <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf6050">Fig. 7</ce:cross-ref>), varies up to a value of six. Unlike well known data collapse forms in equilibrium transitions and conventional critical phenomena in particular, the agreement between Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6060">(91)</ce:cross-ref> and the experimental data does not wane for the larger <ce:italic>x</ce:italic> (and viscosity) values. In fact, beyond an intermediate temperature range at which some scatter is seen in <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf6070">Fig. 7</ce:cross-ref>, the quality of the data collapse improves as one progresses to lower temperatures more removed from the equilibrium melting temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> Appendix <ce:cross-ref refid="se0520" id="crf6080">L</ce:cross-ref>. At the so-called “glass transition temperature” <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si826.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the viscosity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si827.svg"><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> Pascal × second <ce:cross-ref refid="br1300" id="crf6090">[130]</ce:cross-ref>. At lower temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si828.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the viscosity is so large that it is hard to measure it on experimental time scales. We note that at sufficiently low temperatures (energy densities), the deviations of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si804.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> from a putative normal distribution (assumed in deriving Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6100">(91)</ce:cross-ref>) will become more important (since the probability of having states of energies lower than the ground state is strictly zero); other distributions such as log-normal have a strict cutoff below which their value vanishes. Furthermore, in deriving Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6110">(91)</ce:cross-ref>, an assumption <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6120">[23]</ce:cross-ref> was made that the viscosity of the equilibrium solid is infinite; any finite contributions (no matter how small) to hydrodynamic transport from the equilibrium solid eigenstates will lead to larger hydrodynamic flow rates and viscosities lower than those predicted by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6130">(91)</ce:cross-ref>. These effects may be of larger relevance at very low temperatures where the viscosity as predicted by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6140">(91)</ce:cross-ref> (in which these effects were excluded) becomes exceedingly large. Replicating the derivation for the viscosity in <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6150">[23]</ce:cross-ref> when the equilibrium solid displays activated flow and thus, at very low temperatures, the net contributions to the long time velocities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si829.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6160">[23]</ce:cross-ref> from the occupied solid states overwhelm those from the sparsely populated equilibrium fluid states replaces, at these low energy densities, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6170">(91)</ce:cross-ref> by an activated Arrhenius form. Apart from predictions for the viscosity, more general transition and relaxation rates may be investigated along similar lines <ce:cross-refs refid="br0230 br1310" id="crs0360">[23,131]</ce:cross-refs>.</ce:para><ce:para id="pr1050">One may use other words to rationalize the same physics suggested here regarding the relevant distributions of eigenstates of the Hamiltonian/classical modes/ ... of different energies/frequencies, etc. The very same distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> invoked in deriving Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6180">(91)</ce:cross-ref> may relate other properties of supercooled liquids and glasses to those of equilibrium systems. For instance, the measured thermal emission from supercooled fluids may differ in a subtle manner from that of typical equilibrium fluids. This deviation may be found by replacing Planck's law for the spectral radiance <ce:italic>I</ce:italic> for photons of frequency <ce:italic>ν</ce:italic> in a system with well defined equilibrium temperature <ce:italic>T</ce:italic> by a weighted average of Planck's law over effective equilibrium temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si830.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> that are associated with internal energy densities of equilibrium systems that are equal to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si211.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm0940"><ce:label>(92)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si831.svg"><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">PTEI</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si832.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (with the equilibrium specific heat capacity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si833.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>) is the distribution of effective equilibrium temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si830.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> associated with the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of the energy densities. The second term, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si834.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">PTEI</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">PTEI</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>, captures viable contributions from any “Phase Transition Energy Interval” <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6190">[23]</ce:cross-ref> (wherein the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si211.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> of an equilibrium system may vary by an amount set by the latent heat without concomitant changes in the corresponding equilibrium temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si830.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>). More accurately stated, in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0940" id="crf10120">(92)</ce:cross-ref>, we may replace <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si835.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si836.svg"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> – the energy density carried by photons of frequency <ce:italic>ν</ce:italic> when the equilibrium system is at a temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si830.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6200">[23]</ce:cross-ref>. We highlight that this prediction for the emission spectrum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si837.svg"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is determined by the same distribution predicting the viscosity collapses of <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf6210">Fig. 7</ce:cross-ref> (the Gaussian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of the width given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf6220">(90)</ce:cross-ref>). As such, this prediction may, in principle, be experimentally tested. This prediction is akin to that having an effective locally varying temperature (similar to that associated with observed heterogeneities) whose distribution is determined by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si838.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Similarly, the temperature dependence of other observables (including various response functions) may be expected to have the same increase in the time scale as that characterizing the viscosity. Indeed, the time dependent heat capacity response follows exhibits a dynamical time that increases with temperature in a manner similar to the viscosity, e.g., <ce:cross-ref refid="br1320" id="crf6230">[132]</ce:cross-ref>. We suspect that this increase in the relaxation time scale as the temperature is dropped may account very naturally for the experimentally observed smooth specific heat peak <ce:cross-ref refid="br1330" id="crf6240">[133]</ce:cross-ref> near the glass transition temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si826.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> when the system is heated from lower temperatures (consistent with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si826.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> marking a dynamical crossover rather than a bona fide thermodynamic transition <ce:cross-refs refid="br1260 br1270" id="crs0370">[126,127]</ce:cross-refs>). This is so since, at temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si839.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, on the time scales of the experiment, the system is essentially static (e.g., the viscosity of the Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6250">(91)</ce:cross-ref> and the associated measured relaxation times are large). Consequently, the relatively stable nearly static structures that appear once the glass is formed need not significantly respond to a small amount of external heat. The situation is somewhat reminiscent of the extensive latent heat that is required to melt equilibrium crystals. Pronounced thermodynamic changes appear at the transition between equilibrium fluids and crystals. Once the supercooled liquid or glass becomes effectively static on experimental time scales at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si826.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, it may weakly emulate the latent heat signature of the equilibrium liquid to solid transition sans having true latent heat required to elevate the temperature. Contrary to the weak peak in the heat capacity on heating, when the system is cooled from temperatures above <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si826.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the heat capacity typically drops monotonically near <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si826.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and does not exhibit a peak (this may reflect a memory of larger mobility at higher temperatures). A finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may naturally allow for a finite width temperature interval about <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si826.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> where the empirically observed crossover in the heat capacity and/or other quantities can appear on experimental time scales. In line with our earlier discussion concerning general properties stemming <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf6260">(83)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf6270">(85)</ce:cross-ref> <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6280">[23]</ce:cross-ref> further suggest that similar features may appear at other temperature at which other crossovers appear (i.e., the ratio of the width of the temperature range where a crossover is observed to the crossover temperature itself may be set by the scale of dimensionless parameter <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si801.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> appearing in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6290">(91)</ce:cross-ref> for the viscosity). Indeed, simple estimates illustrate that experimentally observed heat capacity crossover region is of the same scale as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si840.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> <ce:cross-ref refid="br1350" id="crf6300">[135]</ce:cross-ref>. More generally, by simple dimensionless analysis if the dimensionless parameter <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si801.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> is the most important feature of the system, the temperature window over which crossovers occur may scale as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si841.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> with <ce:italic>f</ce:italic> the appropriate function. By dimensional arguments, as a function of the temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si842.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si843.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> are any relevant temperature or associated energy scales (e.g., the melting temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si844.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and any other) and <ce:italic>F</ce:italic> is a function of the dimensionless temperature ratios; far away special temperature scales, one anticipates a largely linear dependence of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> on temperature. A broadening due to the finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may supplant any existing features of the equilibrium system (having <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>). More general than heat capacity measurements alone, we stress that, experimentally, supercooled liquids indeed exhibit effective smooth crossovers instead of true singularities associated with thermodynamic phase transitions that appear at well defined transition temperatures. Thus, our suggestion is that the size of the temperature interval over which these crossovers arise/are enhanced as a result of smearing by the finite width distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is set by the effective crossover temperature scale multiplied by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si801.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>. An energy density distribution of a finite width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> allows for a superposition of low energy density solid type eigenstates (that may break continuous translational and rotational symmetries) and higher energy density liquid type eigenstates <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6310">[23]</ce:cross-ref>. Such a general combination of eigenstates does not imply experimentally discernible equilibrium solid (crystalline) order. Sharp Bragg peaks need <ce:italic>not appear</ce:italic> in states formed by superposing eigenstates that, individually, display order <ce:cross-refs refid="br0230 br1340" id="crs0380">[23,134]</ce:cross-refs>. This absence of ordering reflects the possible lack of clear structure when, e.g., randomly superposing different Fourier modes with each Fourier mode displaying its defining periodic order. In an interesting preprint <ce:cross-ref refid="br1360" id="crf6320">[136]</ce:cross-ref> that appeared after an earlier version of the current paper <ce:cross-ref refid="br1370" id="crf6330">[137]</ce:cross-ref>, it was found that effectively superposing (periodically replicated) finite size states of 16 or 24 atoms (so as have these states as unit cells that are repeated to span all space) according to their Boltzmann weights accurately reproduces the structure factor of certain structural glasses. This latter result is in accord with our approach to glasses; the size of these 16 and 24 atom states is not too dissimilar from the order of magnitude estimate, provided earlier in this Section, of the requisite number of atoms <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si812.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math> in an effective equilibrium solid that would lead to a Gaussian distribution of a width consistent with our theory of glasses and the ensuing collapse of <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf6340">Fig. 7</ce:cross-ref>. It will be interesting to examine in more quantitative detail whether distributions associated with states similar to those examined in <ce:cross-ref refid="br1360" id="crf6350">[136]</ce:cross-ref> adhere to the normal form that we invoked for <ce:italic>P</ce:italic>.</ce:para><ce:para id="pr1060">The mixing of eigenstates of different energy densities over a range set by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> further suggests the appearance of non-uniform dynamics both in space and in time. The superposition of different modes suggests non-uniform spatial dynamics. Interestingly, in accord with this consequence of our theory, <ce:italic>dynamical heterogeneities</ce:italic> are empirically ubiquitous in supercooled fluids <ce:cross-refs refid="br1380 br1390 br1400 br1410 br1420" id="crs0390">[138–142]</ce:cross-refs>; these large fluctuations are still present even after the fluids remain in contact with an external bath for a long time. To examine temporal fluctuations, we may invoke Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf6360">(85)</ce:cross-ref> when the operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> is set to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si845.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si846.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (i.e., the scaled kinetic energy of particle <ce:italic>i</ce:italic> and its square), one may anticipate the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si845.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> divided by square of the average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si845.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> itself (i.e., the dimensionless ratio <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si847.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> which emulates the fluctuations in the local kinetic energy divided by the average local kinetic energy instead of similar ratios for the global energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>). Such a ratio may be naturally determined by the width of the total energy density distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si804.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> divided by an energy scale set by the squared velocity to vary with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si801.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math>; indeed, in equilibrium systems at a temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si830.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> having potential energies that are independent of the momentum, the average local kinetic energy is, by the equipartition theorem, linear in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si830.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf6370">(85)</ce:cross-ref> this ratio will yield the corresponding ratios for the equilibrium result when smeared by the weight <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si804.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (or a similar distribution in the effective equilibrium temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si830.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> where the equilibrium internal energy density <ce:italic>u</ce:italic> matches the energy density, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si848.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). (Of course, in experiment, one typically does not directly measure <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si845.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> in a given system but rather <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si850.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.) The presence of a spatially non-uniform energy density is very natural during general heating or cooling processes (e.g., the exterior parts of a system being supercooled may be colder than its interior, see also the discussion towards the end of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf6380">4</ce:cross-ref>). Once supercooling stops, heat may diffuse through the system yet heterogeneities (generated in our framework from a distribution of finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) may persist for a long time <ce:cross-ref refid="br1430" id="crf6390">[143]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr1070">Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf6400">(85)</ce:cross-ref> that enabled the prediction of the viscosity of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf6410">(91)</ce:cross-ref> and other quantities does not rely on quantum effects. An advantage of the quantum approach described in this Section is that it allows for an accurate definition of the (eigen)states of the systems as opposed to the more loosely defined classical microstates in which Planck's constant needs to be introduced by hand in order to produce a dimensionless number of states from phase space volumes <ce:cross-ref refid="br1440" id="crf6420">[144]</ce:cross-ref>. Furthermore, in standard classical treatments, one often needs to integrate the equations of motion numerically in order to obtain results for various particular systems (this is particularly time consuming for slow glassy systems). Alternatively, if numerics are to be avoided, assumptions may be made about the classical energy landscape and configurational entropies. The quantum treatment invoked in this Section is devoid of such assumptions. Nonetheless, one may translate the more fundamental and precise quantum description into a corresponding classical one <ce:cross-refs refid="br0230 br1260" id="crs0400">[23,126]</ce:cross-refs>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0320"><ce:label>14</ce:label><ce:section-title id="st0330">Possible extensions to electronic and lattice systems</ce:section-title><ce:para id="pr1080">The spin and hard core Bose models of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf6430">6</ce:cross-ref> were defined on lattices. In this Section, we will speculate and further discuss possible extensions to other, experimentally relevant, theories and lattice systems. The electronic properties of many materials are well described by Landau Fermi Liquid Theory <ce:cross-refs refid="br1450 br1460 br1470 br1480" id="crs0410">[145–148]</ce:cross-refs>. This theory is centered on the premise of well defined quasiparticles leading to universal predictions. Recent decades have seen the discovery of various unconventional materials displaying rich phases <ce:cross-refs refid="br1450 br1490 br1500 br1510 br1520 br1530 br1540 br1550 br1560 br1570 br1580 br1590 br1600 br1610 br1620 br1630 br1640 br1650 br1660" id="crs0420">[145,149–166]</ce:cross-refs> that often defy Fermi liquid theory. Given the results of the earlier Sections, it is natural to posit that as these systems are prepared by doping or the application of external pressure and fields (in which case the varied parameter <ce:italic>q</ce:italic> may be the carrier density, specific volume, or magnetization), a widening <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si727.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will appear during the process. This wide distribution might persist also once the samples are no longer experimentally altered. In such cases, the density matrices (and associated response functions) describing these systems may exhibit finite standard deviations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si851.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. The broad distribution may trigger deviations from the conventional behaviors found in systems having sharp energy and number densities (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si852.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) or, equivalently, sharp chemical potentials and other intensive quantities. In flat band and other systems displaying a plethora of degenerate/nearly degenerate low-energy states, these fluctuations may be further enhanced. Theoretically, non-Fermi liquid behavior may be generated by effectively superposing different density Fermi liquids (with each Fermi liquid having a sharp carrier concentration <ce:italic>n</ce:italic>) in an entangled state. Systems harboring such an effective distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si853.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of chemical potentials may be described by a mixture of Fermi liquids of different particle densities. Any non-anomalous Green's function is manifestly diagonal in the total particle number. Thus, the value of any such Green's function may be computed in each sector of fixed particle number and then subsequently averaged over the distribution of total particle numbers in order to determine its expected value when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si854.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. In particular, this implies that the conventional jump (set by the quasiparticle weight <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si855.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) of the momentum space occupancy <ce:cross-refs refid="br1450 br1460 br1470 br1480" id="crs0430">[145–148]</ce:cross-refs>, in the coherent part of the Green's function (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si856.svg"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) will be “smeared out” when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si857.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf6440">(83)</ce:cross-ref>, a distribution of chemical potentials (in a Lehmann representation like sum) will lead to the replacement of the coherent Green's function of ordinary Fermi liquids by<ce:display><ce:formula id="fm0950"><ce:label>(93)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si858.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si859.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the quasi-particle lifetime in a system with sharp <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si860.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> at wave-vector <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si861.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. The denominator in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0950" id="crf6450">(93)</ce:cross-ref> corresponds to the coherent part of the Green's function of a Fermi liquid of a particular chemical potential <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si860.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and quasi-particle weight <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si862.svg"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> <ce:cross-refs refid="br1450 br1460 br1470 br1480" id="crs0440">[145–148]</ce:cross-refs>. Qualitatively, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0950" id="crf6460">(93)</ce:cross-ref> is consistent with indications of the very poor Fermi liquid type behavior reported in <ce:cross-ref refid="br1680" id="crf6470">[168]</ce:cross-ref>. The effective shift of the chemical potential in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0950" id="crf6480">(93)</ce:cross-ref> is equivalent to a change in the frequency dependence while holding the chemical potential <ce:italic>μ</ce:italic> fixed; the resulting nontrivial dependence of the correlation function on the frequency (with little corresponding additional change in the momentum) is, qualitatively similar to that advanced by theories of “local Fermi liquids”, e.g., <ce:cross-refs refid="br1450 br1670" id="crs0450">[145,167]</ce:cross-refs>. Our considerations suggest a similar smearing with the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si853.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will appear for any quantity (other than the Green's function of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0950" id="crf6490">(93)</ce:cross-ref>) that is diagonal in the particle number. Analogous results will appear for a distribution of other intensive quantities. The prediction of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0950" id="crf6500">(93)</ce:cross-ref> (and similar others <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf6510">[23]</ce:cross-ref> in different arenas) may be tested to see whether a single consistent probability distribution function <ce:italic>P</ce:italic> accounts for multiple observables. General identities relate expectation values in interacting Fermi systems to a weighted average of the same expectation values in free fermionic systems <ce:cross-ref refid="br1690" id="crf6520">[169]</ce:cross-ref>. These relations raise the possibility of further related smeared averages, akin to those in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0950" id="crf6530">(93)</ce:cross-ref>, in numerous systems. Numerically, in various models of electronic systems that display non-Fermi liquid type behaviors, the energy density differences between contending low energy states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si863.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> (not necessarily exact eigenstates) are often exceedingly small, e.g., <ce:cross-ref refid="br1700" id="crf6540">[170]</ce:cross-ref>. Since these states globally appear to be very different from one another, the matrix element of any local Hamiltonian between any two such orthogonal states vanishes, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si864.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si865.svg"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:math>. We notice that, given these results, arbitrary superpositions of these nearly degenerate states, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si866.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, will have similar energies. Thus, for many body Hamiltonians modeling these systems, a superposition of different eigenstates may be natural from energetic considerations. Towards the end of Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf6550">13</ce:cross-ref>, we remarked on the viable disordered character of the states formed by superposing eigenstates that break continuous symmetries. We now briefly speculate on the corresponding situation for eigenstates in electronic lattice systems that break discrete point group symmetries on a fixed size unit cell. Here, due to the existence of a finite unit cell in reciprocal space, a superposition of eigenstates that are related to each other by a finite number of discrete symmetry operations may not eradicate all Bragg weights. In other words, order may partially persist when superposing states on the lattice that, individually, display different distinct structures.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0330"><ce:label>15</ce:label><ce:section-title id="st0340">Thermalization and quantum measurements</ce:section-title><ce:para id="pr1090">As we demonstrated in the current work, rapidly driven systems may exhibit uncertainties in their energy and/or other densities. We now close our circle of ideas and focus on the diametrically opposite case of unitary evolutions – slow adiabatic processes (for which, obviously, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si867.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>); this discussion will complement that of Section <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf6560">12</ce:cross-ref>. In this Section, we will further speculate on relations concerning thermalization that superficially emulate those of quantum measurements. In line with the focus of the current work, the latter purely hypothetical connections suggest that the absence of thermalization may allow for broad distributions.</ce:para><ce:para id="pr1100">As well known, a basic tenet of quantum mechanics is that a measurement will project or “collapse” a measured system onto an eigenstate of the operator being measured. A natural question to ask is whether such effective projections may merely emerge as a consequence of an effective very rapid thermalization of microscopic systems. To motivate this query and more generally examine effectively adiabatic processes, we consider a Hamiltonian<ce:display><ce:formula id="fm0960"><ce:label>(94)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si868.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> describing the combined system of two systems and the coupling between them (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si869.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). This Hamiltonian emulates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> of the subsystem-environment hybrid of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf6570">(4)</ce:cross-ref>. We first examine what occurs when the coupling <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si870.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> changes adiabatically from zero. Consider the situation wherein, initially, at times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si871.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, systems <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> were in respective eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si872.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si873.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si874.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si875.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. That is, at times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si871.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the state of the combined system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si876.svg"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:math> was described by the product state of these two eigenstates. We further assume that at times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si877.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the coupling <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si878.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> and for times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si879.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> an adiabatic change of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si870.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> ensues. Under these conditions, by the adiabatic theorem, at any later time <ce:italic>t</ce:italic>, the initial state evolves into a particular eigenstate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si880.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si881.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, we have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si882.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. We may expand the density matrices <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si883.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the initial system <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> in terms of the eigenvectors of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si874.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si875.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Expressing the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si884.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of the combined system at time <ce:italic>t</ce:italic> in the eigenbasis of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si885.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the density matrix evolves as<ce:display><ce:formula id="fm0970"><ce:label>(95)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si886.svg"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Hence, if both systems <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> start from equilibrium (and thus have sharp energy densities – i.e., if at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> the eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si874.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si875.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of significant amplitude were clustered around a given energy density) then an adiabatic evolution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si870.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will yield a density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si887.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> having a sharp energy density, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si888.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Thus, the notion that sufficiently slow processes enable systems to remain in equilibrium is indeed consistent with the adiabatic theorem of quantum mechanics.</ce:para><ce:para id="pr1110">We next comment on how such adiabatic processes (and later briefly discuss more general thermalization events that need not be adiabatic) may superficially emulate certain features of a wavefunction collapse. Towards that end, we consider the extreme case of a microscopic system <ce:italic>A</ce:italic> (“being measured”) and a macroscopic system <ce:italic>B</ce:italic> that we may regard as an environment that includes a coupling to an experimental probe at the measurement time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si889.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. As earlier, for a general adiabatic evolution, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si890.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. We now allow the coupling <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si870.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> to be non-vanishing at all times <ce:italic>t</ce:italic> (i.e., also including times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si871.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) and, due to its ease, first briefly discuss the case when its evolution is adiabatic.</ce:para><ce:para id="pr1120">Under these circumstances, by the adiabatic theorem, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si891.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> must be an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si892.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, such an adiabatic evolution emulates an effective “collapse” onto an eigenstate of the Hamiltonian that measures the state of the microscopic system <ce:italic>A</ce:italic>. We emphasize that the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si891.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, describing both the microscopic system <ce:italic>A</ce:italic> and the large system <ce:italic>B</ce:italic>, will be in an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si892.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> – i.e., not only the small system <ce:italic>A</ce:italic> will be altered by the measurement. While, at any time <ce:italic>t</ce:italic>, the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si895.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si881.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, its highly entangled content largely remains unknown. Thus, unique predictions for the outcome of other future evolutions cannot be made. Certain “realistic” setups involving quantum measurements often entail higher energy “thermal” states of the measurement device (e.g., the reaction between silver ions and the screen that they strike in a Stern-Gerlach type experiment creating visible spots on a screen). The collapsed system is in an excited state.</ce:para><ce:para id="pr1130">The effective “collapse” brought about by such an adiabatic process may be nearly immediate for microscopic systems <ce:italic>A</ce:italic>. Typical lower bounds on time scales for adiabatic processes defined by an energy difference Δ<ce:italic>E</ce:italic> are set by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si897.svg"><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:math> (for precise bounds see, e.g., <ce:cross-ref refid="br1750" id="crf6580">[175]</ce:cross-ref>). Such scales are consistent with the uncertainty relations and our bounds of Section <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf6590">10</ce:cross-ref>. For small energy splittings Δ<ce:italic>E</ce:italic>, this adiabatic time scale may become large. The above discussion of a hypothetical adiabatic evolution is merely illustrative. A potentially more practical question concerning realistic <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si870.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is that of the thermalization of the full system. At room temperature, the “Planckian time” scale for the equilibrium thermalization of random initial states <ce:cross-ref refid="br0880" id="crf6600">[88]</ce:cross-ref> (see also Section <ce:cross-ref refid="se0270" id="crf6610">10.2</ce:cross-ref>) is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si898.svg"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> seconds (e.g., the typical period of a thermal photon). The latter time scale may be smaller than that required for an adiabatic evolution yet is still finite; one may attempt to probe for such an effective finite time collapse produced by thermalization (cf., any such deviations from the textbook “instantaneous collapse”) only at extremely low temperatures. The very rapid thermalization evolution suggested here allows for multiple measurement outcomes with different probabilities. A measurement provides only partial information on the many body entangled state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si895.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> formed by <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> – it does not specify it. Conditional probabilities may be assigned to the possible future evolutions of this entangled state (and thus of future measurement outcomes thereof). Thus, our suggestion concerning thermalization is somewhat similar “Quantum Bayesianism” <ce:cross-ref refid="br1760" id="crf6620">[176]</ce:cross-ref> and other frameworks relying on entanglement, e.g., <ce:cross-refs refid="br1770 br1780" id="crs0460">[177,178]</ce:cross-refs>.</ce:para><ce:para id="pr1140">Further parallels between equilibration and certain features of an effective collapse in quantum measurements are motivated by the Eigenstate Thermalization Hypothesis <ce:cross-refs refid="br0370 br0380 br0390 br0400 br0410 br0420 br0430 br0440 br0450" id="crs0470">[37–45]</ce:cross-refs>. When valid, this hypothesis equates the results of local measurements of general observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> in pure eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si899.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> (of energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si900.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>) of a general Hamiltonian (including Hamiltonians describing a coupling between a measurement device and a microscopic system) with expectation values in equilibrated thermal systems defined by the full system Hamiltonian,<ce:display><ce:formula id="fm0980"><ce:label>(96)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si901.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si902.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is an equilibrium density matrix associated with the energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si903.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (and, when applicable, any other conserved quantities defining the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si464.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> and the thermal system). Taken to the extreme, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0980" id="crf6630">(96)</ce:cross-ref> suggests that we may relate two seemingly very different concepts:</ce:para><ce:para id="pr1150">(<ce:bold>i</ce:bold>) <ce:italic>An effective collapse to an eigenstate</ce:italic>. The lefthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0980" id="crf6640">(96)</ce:cross-ref> yields the results of quantum expectation values associated with (projecting the system onto) eigenstates of the Hamiltonian (also describing, as in a realization of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0960" id="crf6650">(94)</ce:cross-ref>, the measurement process – the substantial coupling <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si904.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> of the environment (<ce:italic>B</ce:italic>) containing a measurement device to the measured quantity (<ce:italic>A</ce:italic>) and) providing the dynamics.</ce:para><ce:para id="pr1160">(<ce:bold>ii</ce:bold>) <ce:italic>Equilibration.</ce:italic> The righthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0980" id="crf6660">(96)</ce:cross-ref> reflects the outcomes of equilibration (in which, inasmuch as any observable <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> can inform, the system effectively becomes indistinguishable from an eigenstate of the very same Hamiltonian associated with item (<ce:bold>i</ce:bold>)). As noted above, in a realization of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0960" id="crf6670">(94)</ce:cross-ref> describing a typical measurement, this Hamiltonian displays a dominant coupling between the measurement device and the quantity being measured, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si904.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr1170">That is, denoting by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si906.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the probability density matrix following the collapse to an eigenstate of the measurement device and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si907.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that associated with equilibration of the small system with the measurement device, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0980" id="crf6700">(96)</ce:cross-ref> suggests a very qualitative relation,<ce:display><ce:formula id="fm0990"><ce:label>(97)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si908.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>“</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>”</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> When Eq. <ce:cross-ref refid="fm0980" id="crf6690">(96)</ce:cross-ref> holds for general measurable observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>, then it will be consistent with Eq. <ce:cross-ref refid="fm0990" id="crf10130">(97)</ce:cross-ref> (inasmuch as those observables are concerned). Unlike “collapsed” eigenstates of system Hamiltonians, general equilibrated systems display dynamics. (In the Eigenstate Thermalization Hypothesis, fluctuations are associated with assumed small random off-diagonal (in the eigenbasis of the system Hamiltonian) matrix elements of general observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>.) More general than adiabatic processes alone, thermalization shares other commonalities with quantum measurements. Just as a quantum measurement (and ensuing collapse) is not a time reversal invariant operation <ce:cross-ref refid="br1790" id="crf6710">[179]</ce:cross-ref> so, too, is a typical finite <ce:italic>T</ce:italic> thermalization process. Indeed, even classically, as the Szilard engine and other idealized constructs underscore, measurements mandate the transfer of heat. The second law of thermodynamics is consistent with an evolution of the entangled <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si876.svg"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:math> system displaying a non-decreasing entropy upon performing consecutive measurements (compatible with indeterminate outcomes for other subsequent measurements thereafter). What we are suggesting/asking here is whether the evolution of a collapse to an eigenstate following a quantum measurement (an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si869.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) is no different than a particular case of a unitary evolution with a Hamiltonian (the latter having <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si904.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>). A sufficiently long time evolution with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si909.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> leads, in systems that thermalize with this Hamiltonian, to an equilibrium state. Whenever the Eigenstate Thermalization Hypothesis applies, the resulting equilibrium thermal state (to which the system will evolve) will be an eigenstate of the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si909.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In other words, after a (possibly very short) thermalization time after which the system equilibrates, the system will indeed effectively “collapse” to an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si909.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> describing the coupling between <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic>. If the system is already an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si869.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> then it will remain stationary – a “measurement” will lead to a constant outcome. If the system <ce:italic>A</ce:italic> is not an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si869.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> then it may evolve and “precess” due to the applied external “field” <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si869.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In a simple setting, the long time average of general observables will be the average over the measurements associated with these “precessions” (mirroring the phase fluctuations of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0620" id="crf6720">(60)</ce:cross-ref>). The long time average associated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si869.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (or any other Hamiltonian) will be given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf6730">(85)</ce:cross-ref>. If the Eigenstate Thermalization Hypothesis holds then a far stronger result will appear: the longtime average over microscopic precessions will correspond to an expectation value of the said observable within a single eigenstate of the full Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si909.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr1180">A notional link between (<ce:bold>i</ce:bold>) and (<ce:bold>ii</ce:bold>) is naturally compatible with the appearance of wide distributions of various measurable quantities in non-equilibrium systems. Regardless of the validity of the Eigenstate Thermalization Hypothesis of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0980" id="crf6740">(96)</ce:cross-ref>, any equilibrium expectation value is an ensemble average over states having a sharp value of intensive state variables <ce:italic>q</ce:italic>. Thus, as alluded to in Section <ce:cross-ref refid="se0290" id="crf6750">11</ce:cross-ref>, barring special eigenstates <ce:cross-refs refid="br0460 br0470 br0480 br0490 br0500 br0510 br0520 br0530 br0540" id="crs0480">[46–54]</ce:cross-refs>, the system may rather straightforwardly exhibit non-equilibrium behaviors if the distribution of its intensive thermodynamic state variables <ce:italic>q</ce:italic> is, quite simply, not a delta function. We conclude this Section by underscoring that (as we explained in several of the previous Sections) the central result of the current paper regarding the existence of wide distributions in non-equilibrium systems does not rely on quantum effects nor the character of quantum measurement (on which we speculated above). Similar behaviors may appear in classical systems. The use of the quantum language in the current article merely made our considerations more precise and also gave rise to the bounds of Section <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf6760">10</ce:cross-ref>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0340" role="conclusion"><ce:label>16</ce:label><ce:section-title id="st0350">Conclusions</ce:section-title><ce:para id="pr1190">We illustrated that a finite rate variation of general intensive quantities may lead to long range correlations. In the simplest variant of this effect, in systems having varying intensive observables <ce:italic>q</ce:italic> (such as the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>) for which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si910.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, an average connected two site correlation functions need not vanish even for sites are arbitrarily far apart. Trivial extensions hold for weaker variations of intensive quantities. For instance, if only short range effects of the environment appear (e.g., fluids with local coupling to their boundaries) and, consequently, for an <ce:italic>N</ce:italic> site system residing in <ce:italic>d</ce:italic> spatial dimensions, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si911.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then the average value of the connected two point correlation function for an arbitrary pair <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si912.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of far separated sites may be asymptotically bounded as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si620.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> <ce:cross-ref refid="br2010" id="crf6770">[201]</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr1200">In the quantum arena, the general non-local correlations that we found relate to the macroscopic entanglement present in typical thermal states. Our results highlight that, even in seemingly trivial thermal systems, one cannot dismiss the existence of long range correlations. Our analysis of non-equilibrium systems does not appeal to conventional coarsening and spinodal decomposition phenomena (although the departure from a spatially uniform true equilibrium state in spinodal systems is very naturally consistent with a distribution of low energy solid like and higher energy fluid like states). Cold atom systems may provide a controlled testbed for our approach. We speculate that our results may also appear in naturally occurring non-equilibrium systems. As we explained (Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf6780">13</ce:cross-ref>), the peculiar effect that we find may rationalize the unconventional behaviors of glasses and supercooled fluids. Our effect might further appear in electronic systems that do not feature Fermi liquid behavior (Section <ce:cross-ref refid="se0320" id="crf6790">14</ce:cross-ref>). Here, a broad distribution of effective energy densities and/or chemical potentials may appear. The validity of weighted averages such as that of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0950" id="crf6800">(93)</ce:cross-ref> may be assessed by examining whether a unique distribution <ce:italic>P</ce:italic> simultaneously accounts for all measurable quantities. In Section <ce:cross-ref refid="se0330" id="crf6810">15</ce:cross-ref>, we illustrated how adiabatic processes maintain sharp thermodynamic quantities and speculated that a nearly instantaneous equilibration of small systems with macroscopic ones may emulate certain features of quantum measurements. We hope that our suggested effect and analysis will be further pursued in light of their transparent mathematical generality and ability to suggest new experimental behaviors (e.g., the universal viscosity collapse of supercooled liquids that it predicted and is indeed empirically obeyed over sixteen decades (<ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf6820">Fig. 7</ce:cross-ref>)).</ce:para><ce:para id="pr1210">While deriving the above, we arrived at other results. These include the finding of <ce:italic>universal bounds relating thermalization and time derivatives of general observables</ce:italic> (Section <ce:cross-ref refid="se0270" id="crf6830">10.2</ce:cross-ref>), explaining how driven system may be described by an effective equilibrium distribution in which <ce:italic>the dynamics are universally generated by the logarithm of the corresponding probability density matrix</ce:italic> (Section <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf6840">12</ce:cross-ref>), and speculatively pointing to similarities between unitary dynamics, thermalization, and quantum measurements (Section <ce:cross-ref refid="se0330" id="crf6850">15</ce:cross-ref>). Additional technical details have been relegated to the Appendices. In Appendix <ce:cross-ref refid="se0530" id="crf6860">M</ce:cross-ref>, we motivate <ce:italic>the appearance of long time Gaussian distributions in both equilibrium and non-equilibrium systems</ce:italic>.</ce:para></ce:section></ce:sections><ce:conflict-of-interest id="coi0001"><ce:section-title id="st0580">Declaration of Competing Interest</ce:section-title><ce:para id="pr1560">The author declares that he has no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.</ce:para></ce:conflict-of-interest><ce:acknowledgment id="ac0010"><ce:section-title id="st0360">Acknowledgements</ce:section-title><ce:para id="pr1220">I am thankful to interest by and discussions with N. Andrei, A. Dymarsky, S. Ganeshan, A.K. Gangopadhyay, S. Gopalakrishan, K.F. Kelton, A.J. Leggett, K. Murch, F. Nogueira, S. Nussinov, V. Oganesyan, G. Ortiz, A. Polkovnikov, L. Rademaker, S. Ryu, C. Sa de Melo, M. Schossler, A. Seidel, D. Sels, K. Slagle, and N.B. Weingartner. I thank S. Hartnoll, S. Nussinov, L. Rademaker, and an anonymous referee for critical reading of the manuscript and questions. This research was principally supported by the <ce:grant-sponsor id="gsp0010" sponsor-id="https://doi.org/10.13039/100000001">National Science Foundation</ce:grant-sponsor> under grant NSF <ce:grant-number refid="gsp0010">1411229</ce:grant-number> and further supported by NSF <ce:grant-number refid="gsp0010">PHY17-48958</ce:grant-number> (KITP) and NSF <ce:grant-number refid="gsp0010">PHY-160776</ce:grant-number> (the Aspen Center for Physics).</ce:para></ce:acknowledgment><ce:appendices><ce:section id="se0350"><ce:label>Appendix A</ce:label><ce:section-title id="st0370">Order of magnitude time estimates</ce:section-title><ce:para id="pr1230">For radiation traveling at a speed <ce:italic>c</ce:italic>, during a time interval Δ<ce:italic>t</ce:italic>, an extensive (i.e., volume proportional) amount of radiative heat <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si913.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may flow into a <ce:italic>d</ce:italic> dimensional system of linear scale <ce:italic>L</ce:italic> if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si914.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, bulk effects from radiative heat exchange may only be present after a sufficiently long time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si915.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:math> after radiative heating or cooling begins. Similarly, if the effective radiative absorption lengths <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si916.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si917.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of, respectively, the media comprising the system and the surrounding heat bath satisfy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si918.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:math> then the total system radiative heat flow rate may be proportional to its volume, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si919.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The existence of a minimal time scale in non-relativistic systems may be proven from the Lieb-Robinson bounds (see Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf6870">B</ce:cross-ref>).</ce:para><ce:para id="pr1240">We now briefly provide order of magnitude estimates. If, e.g., <ce:italic>L</ce:italic> is the order of 1 cm for a sample of index of refraction ∼1 and the relevant velocity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si920.svg"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:math> is a typical radiation speed (as in, radiative cooling or heating) then the requisite minimal time scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si921.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> sec.</mml:mtext></mml:math> Experiments on supercooled liquids typically involve cooling at a rapid finite rate (thus, the experimental time scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si922.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). In metallic liquids (that form glasses when supercooled), often in experiments one uses (radiative) laser beam heating. In typical metals, heat and charge effectively travel at a finite fraction (typically of the order of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si923.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) of the speed of light <ce:italic>c</ce:italic> reflecting the effective speed of electrons in a metal. The effective heat and charge transport velocities may be the equal to one another in conventional metals obeying the Wiedemann-Franz law. The heat transfer rate is bounded by the rates of any of the individual (radiative/conduction/convection) processes that contribute to it. Thus, if either the typical radiative or conductive processes occur at speeds associated with a finite fraction of the speed of light <ce:italic>c</ce:italic> then so, too, is the total heat transfer. In metals as well as in systems where the radiative penetration depth is larger than or of the scale of the linear dimension of the material, the speed associated with heat transfer is rather large and, correspondingly, the minimal time scale can, in these instances, become very short.</ce:para><ce:para id="pr1250">The continuity equation for the local energy density, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si924.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si925.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> denotes a spatial location in the continuum limit. If the average current flowing through the system surface <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si926.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> where <ce:italic>ϵ</ce:italic> is the global average of the local energy density with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si927.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> a speed characterizing heat or energy flow through a boundary of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si928.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) and the volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si929.svg"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then the rate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si930.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. That is, the time required to change the system energy density is proportional to <ce:italic>L</ce:italic>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0360"><ce:label>Appendix B</ce:label><ce:section-title id="st0380">A finite rate of change of intensive quantities and the Lieb-Robinson light cone</ce:section-title><ce:para id="pr1260">In driven systems with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si931.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the commutators with expectation values equal to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si86.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> must be extensive. Specifically, both in (1) closed systems with a time dependent Hamiltonian (as in, e.g., Section <ce:cross-ref refid="se0210" id="crf6880">8</ce:cross-ref>), the commutator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si932.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math> (where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si933.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the Heisenberg picture Hamiltonian) as well as in (2) settings similar to those in Sections <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf6890">4</ce:cross-ref> (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf6900">(4)</ce:cross-ref> therein) and <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf6910">10</ce:cross-ref>, namely a subsystem with Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> in contact with the full system of Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, where the relevant commutator is given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf6920">(55)</ce:cross-ref>, the above two-Hamiltonian commutators are of order <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In both (1) and (2), for local Hamiltonians, one may examine the constraints implied by causality as these appear via the Lieb-Robinson bound <ce:cross-ref refid="br0300" id="crf6930">[30]</ce:cross-ref> for commutators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si934.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math> of local Heisenberg picture operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si935.svg"><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si936.svg"><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi></mml:math> that have their support centered about sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic>. In particular, whenever the Lieb-Robinson bound applies, the operator norm (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si937.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>) of commutators between any two local quantities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si935.svg"><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si936.svg"><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi></mml:math> is bounded from above by<ce:display><ce:formula id="fm1000"><ce:label>(B.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si938.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <ce:italic>a</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si939.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> are constants and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si76.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the Lieb-Robinson speed of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf6940">4</ce:cross-ref>. The Lieb-Robinson speed plays the role of the velocity of light in relativistic theories. Since, by the Heisenberg equations of motion, the commutators in both cases (1) and (2) have an average given by the derivative of the energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si86.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> and since the latter is of order <ce:italic>N</ce:italic>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si589.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> when the energy density varies at a finite rate, the upper bounds on the two Hamiltonian commutators must also be of order <ce:italic>N</ce:italic>. Equivalently, as we next detail, the Lieb-Robinson “light cone” <ce:cross-ref refid="br0300" id="crf6950">[30]</ce:cross-ref>, during the times at which the energy density as measured by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si941.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> varies at a non-zero rate, is of the scale of the entire system. The Schrodinger picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> of the combined system (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>) + environment (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>) hybrid may be expressed as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si942.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> where <ce:italic>H</ce:italic> is the system Hamiltonian, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si69.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denotes the coupling of the system to its environment, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si68.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the Hamiltonian of the environment. When only bounded local interactions appear in the system-environment hybrid, we will write the Hamiltonians (in the form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf6960">(1)</ce:cross-ref> (explicitly rewritten below) and its generalization),<ce:display><ce:formula id="fm1010"><ce:label>(B.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si945.svg"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and<ce:display><ce:formula id="fm1020"><ce:label>(B.3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si946.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> as, respectively, sums of the bounded local operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si38.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si948.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>. In what follows, as throughout the main text of the paper, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> will denote the density matrix of the system-environment hybrid. By Heisenberg's equations of motion, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si949.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math> the energy density of the system (where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1024.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si951.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, for a time independent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0560" id="crf6970">(54)</ce:cross-ref>), the derivative <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si952.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is given by<ce:display><ce:formula id="fm1030"><ce:label>(B.4)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si953.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="left" linebreakstyle="before" id="mmlbr0017">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0017" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> The first equality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1030" id="crf6980">(B.4)</ce:cross-ref> invoked the trivial invariance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> under time evolution with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si951.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si954.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). The last equality in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1030" id="crf6990">(B.4)</ce:cross-ref> follows since, in the second commutator, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si955.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> similarly commutes with itself. For <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si180.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the norm of the above commutator average<ce:display><ce:formula id="fm1040"><ce:label>(B.5)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si956.svg"><mml:mfrac id="mmlbr0018"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0018" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0018" linebreakstyle="before">≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> The decomposition of the system Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si957.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is into a sum over local regions spans <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si7.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> terms – the number of sites in the system. In the last inequality, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si939.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> is a constant, and <ce:italic>a</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si959.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denote the Lieb-Robinson decay constant (inverse correlation length) and speed respectively of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1000" id="crf7000">(B.1)</ce:cross-ref> <ce:cross-ref refid="br0300" id="crf7010">[30]</ce:cross-ref>. Rather explicitly,<ce:display><ce:formula id="fm1050"><ce:label>(B.6)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si960.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> In order to derive Eq. <ce:cross-ref refid="fm1040" id="crf7020">(B.5)</ce:cross-ref>, we note that the Lieb-Robinson bounds of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1000" id="crf7030">(B.1)</ce:cross-ref> <ce:cross-ref refid="br0300" id="crf7040">[30]</ce:cross-ref> applied to the local operators appearing in the Hamiltonian, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si961.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, imply Eq. <ce:cross-ref refid="fm1040" id="crf7050">(B.5)</ce:cross-ref>. For each <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si962.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>, there is a minimum distance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si963.svg"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> between <ce:italic>i</ce:italic> and the surrounding region where the operator sum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si964.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> has its support. For any such <ce:italic>i</ce:italic>, we may bound (from above) the sum over all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si965.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> of the exponential <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si966.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> by a sum of this exponential over the larger domain external to a sphere of radius <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si963.svg"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> around <ce:italic>i</ce:italic> (such a volume contains <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> as a subset). For sufficiently short times <ce:italic>t</ce:italic>, the sum over <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si967.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1040" id="crf7060">(B.5)</ce:cross-ref> tends to zero for macroscopic systems (since the minimal distance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si963.svg"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of a typical <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si968.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:math> to its surrounding environment is of the order of the system length). For vanishingly small times, the latter sum of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si966.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> over such a larger domain of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si965.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> values with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si969.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> decays exponentially in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si963.svg"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Specifically, in <ce:italic>d</ce:italic> spatial dimensions, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si967.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si971.svg"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for large distances <ce:italic>D</ce:italic>. Putting all of the pieces together, we see that the Lieb-Robinson bounds imply that at vanishingly short times, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si972.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is bounded from above by a function that is exponentially small in the length of the system. In other words, under the above specified locality conditions, the energy density of a macroscopic system cannot change at a finite rate at sufficiently short times. A corollary of these inequalities is that in a local theory in which the Lieb-Robinson bounds hold, a transient time Hamiltonian describing the effects of the environment cannot change instantaneously in such a way as to give rise to a finite change in the energy density of the system. Thus, generally, the environment may not truly instantaneously couple to (nor decouple from) a finite fraction of a macroscopic system (in the form of an effective instantaneously varying Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si973.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (as in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf7070">6</ce:cross-ref>) when procedure (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf7080">2</ce:cross-ref> is invoked). The influences of the environment (and variations in any Hamiltonian that emulate the effects of the environment) are limited those associated with “light cone” distances of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si974.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The above calculations may be replicated, nearly verbatim, for operators associated with other intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic> different from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si975.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1010" id="crf7090">(B.2)</ce:cross-ref>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0370"><ce:label>Appendix C</ce:label><ce:section-title id="st0390">Relating equations of motion to correlations</ce:section-title><ce:para id="pr1270">In this Appendix, we will allow for the effects of an environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> on the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> (as in the system-environment hybrids of type (2) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf2160">2</ce:cross-ref>) when all interactions (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) are time independent. We will demonstrate that:</ce:para><ce:para id="pr1280">• If the energy density of the system changes at a finite rate then there must be <ce:italic>system length spanning correlations between the external environment and the system itself</ce:italic>.</ce:para><ce:para id="pr1290">A formal proof of this assertion is straightforward. Using the notation of Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf7100">B</ce:cross-ref> and the main text, by the Heisenberg equations of motion,<ce:display><ce:formula id="fm1060"><ce:label>(C.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si976.svg"><mml:mn id="mmlbr0019">0</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0019" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> For any of the Hamiltonians appearing in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1060" id="crf7110">(C.1)</ce:cross-ref> which we now generally represent by <ce:italic>Q</ce:italic>, we define <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si977.svg"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Apart from trivial shifts by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si978.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, Eq. <ce:cross-ref refid="fm1060" id="crf7120">(C.1)</ce:cross-ref> and its derivation are identical to those of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1030" id="crf7130">(B.4)</ce:cross-ref>. For all operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si979.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si980.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si981.svg"><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">{</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">}</mml:mo></mml:math>. Thus, from Eq. <ce:cross-ref refid="fm1060" id="crf7140">(C.1)</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm1070"><ce:label>(C.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si982.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mfrac id="mmlbr0020"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">{</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex" linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0020" linebreakstyle="before">|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">|</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> Since the number (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si475.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) of system sites <ce:italic>i</ce:italic> associated with the bounded local operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si983.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf7150">(1)</ce:cross-ref>) is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si7.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, from Eq. <ce:cross-ref refid="fm1070" id="crf7160">(C.2)</ce:cross-ref>, we see that the average correlator between the local <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si985.svg"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (that, apart from a set of vanishing measure, all lie in the system bulk at a distance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si986.svg"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> from the surrounding environment) and the fluctuations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si987.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> must be finite. In other words (as is expected), the correlator between the bulk and the Hamiltonian coupling it to the surrounding environment is of order unity. Given Eq. <ce:cross-ref refid="fm1070" id="crf7170">(C.2)</ce:cross-ref>, this typical order unity correlator (the average over all sites <ce:italic>i</ce:italic>) between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si987.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si988.svg"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is of a uniform sign. This uniform sign character is emulated by the uniform sign coupling between the collective (environment) coordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si989.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> in the solvable examples of Section <ce:cross-ref refid="se0120" id="crf7180">7</ce:cross-ref> to each of system degrees of freedom <ce:italic>i</ce:italic> (corresponding to a uniform sign coupling for each of the spokes between the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> and the sites of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> in the cartoon of <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf7210">Fig. 3</ce:cross-ref>). For random sign couplings of uniform strength between the system and its environment, the energy density might vary at an <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si725.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> rate. The above holds irrespective of how large <ce:italic>N</ce:italic> may be so long as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si990.svg"><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:math> is non-vanishing. We next consider what occurs when, similar to Appendix <ce:cross-ref refid="se0360" id="crf7200">B</ce:cross-ref>, we invoke Eq. <ce:cross-ref refid="fm1020" id="crf10140">(B.3)</ce:cross-ref> and express the Hamiltonian of the environment and its coupling to the system as a sum of local terms (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si991.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si992.svg"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>∉</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>). In such a case, Eq. <ce:cross-ref refid="fm1070" id="crf7220">(C.2)</ce:cross-ref> will imply that if there is an exponential decay length <ce:italic>ξ</ce:italic> associated with the larger of the two connected correlations functions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si993.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si994.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si995.svg"><mml:mi>ξ</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Similarly, if the correlator decays algebraically, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si996.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, then Eq. <ce:cross-ref refid="fm1070" id="crf7230">(C.2)</ce:cross-ref> implies a finite rate of change of the energy density for large systems sizes <ce:italic>L</ce:italic> only if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si997.svg"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:math> with <ce:italic>d</ce:italic> the spatial dimensionality of the system and the environment. It is noteworthy that the commutator of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1060" id="crf7240">(C.1)</ce:cross-ref> has (when evaluated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) an imaginary expectation value for the Hermitian Hamiltonian operators. For semiclassical systems, the real component of the correlator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si998.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is, typically, far larger than its imaginary part (which we bounded in the above). Stated equivalently, the expectation value of the anticommutator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si999.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> is, in semiclassical systems, normally far larger than the expectation value of the commutator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1000.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0380"><ce:label>Appendix D</ce:label><ce:section-title id="st0400">Conditional probability arguments for long range correlations</ce:section-title><ce:para id="pr1300">As we explained in Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf7250">C</ce:cross-ref>, a driven system (one in which the intensive quantities change at a finite rate) must exhibit long range correlations between observables (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) at sites <ce:italic>i</ce:italic> in the bulk to the environment (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>). We now apply “classical” probability arguments to demonstrate that when these long range correlations between different sites in the system and its environment are present, then the local Hamiltonian terms <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at different sites in the system bulk may exhibit long range correlations. Towards this end, we write the classical joint probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1002.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> associated with the values (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1003.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) of the energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1004.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at the two sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1005.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math> in the bulk (in the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>) and the energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1006.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> affiliated with the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (denoted by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1008.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). In the context of Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf7260">C</ce:cross-ref>, the joint probability distribution<ce:display><ce:formula id="fm1080"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1009.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Other joint probabilities are defined similarly. By the chain rule of conditional probabilities,<ce:display><ce:formula id="fm1090"><ce:label>(D.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1010.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1011.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is the conditional probability of measuring a local energy (with a local “thermometer”) of value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1012.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> given a value of the local energy (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1013.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) at site <ce:italic>j</ce:italic> and the above defined energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1008.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> associated with the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>. Now, if <ce:italic>i</ce:italic> is independent of <ce:italic>j</ce:italic> then<ce:display><ce:formula id="fm1100"><ce:label>(D.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1014.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Subsequently, Eq. <ce:cross-ref refid="fm1090" id="crf7270">(D.1)</ce:cross-ref> reduces to<ce:display><ce:formula id="fm1110"><ce:label>(D.3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1015.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The classical joint probability <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1016.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then reads<ce:display><ce:formula id="fm1120"><ce:label>(D.4)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1017.svg"><mml:mi id="mmlbr0021">P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0021" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> This, in turn, implies that the conditional probability between the values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1012.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1013.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at the two sites in the system bulk is given by<ce:display><ce:formula id="fm1130"><ce:label>(D.5)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1018.svg"><mml:mi id="mmlbr0022">P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0022" linebreakstyle="before">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> In the second (alternate form) line of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1130" id="crf7280">(D.5)</ce:cross-ref>, we invoked Bayes' theorem. Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf7290">C</ce:cross-ref> demonstrated that in a (quantum) system in which the energy density varies at a finite rate, there the energy fluctuations in <ce:italic>i</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> are not independent of one another. Similarly, the energy fluctuations in <ce:italic>j</ce:italic> and in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> are correlated and not independent of one another. Thus, in general, the conditional probabilities<ce:display><ce:formula id="fm1140"><ce:label>(D.6)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1019.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext> and </mml:mtext><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> (Analogously, for the conditional probabilities appearing in the second line of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1130" id="crf7300">(D.5)</ce:cross-ref>, a coupling between the driving environment and the bulk implies (as formalized in Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf7310">C</ce:cross-ref>) that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1020.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.) These inequalities are expected to generally hold for both quantum as well as classical systems since, at their core, these relations indeed reflect the bulk coupling between the environment driving the system and the system itself necessary to induce a finite rate of change of the energy density. (See also the discussion in Appendix <ce:cross-ref refid="se0370" id="crf7320">C</ce:cross-ref> concerning semiclassical systems.) When the inequalities of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1140" id="crf7330">(D.6)</ce:cross-ref> are substituted in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1130" id="crf7340">(D.5)</ce:cross-ref>, we will generally have<ce:display><ce:formula id="fm1150"><ce:label>(D.7)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1021.svg"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> That is, the local energy fluctuations at (arbitrarily far separated) sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> in the system bulk are <ce:italic>not independent</ce:italic> of one another as assumed in deriving Eq. <ce:cross-ref refid="fm1120" id="crf7350">(D.4)</ce:cross-ref>. Thus, there may be non-trivial correlations between any two such sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic> in the driven system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. With reference to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7360">(3)</ce:cross-ref>, we now see that (even for large <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si4.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>) the covariance<ce:display><ce:formula id="fm1160"><ce:label>(D.8)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1022.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> need not vanish (and may be of order unity). If the coupling to the environment is the dominant contribution to the correlations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si4.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> is large then when the coupling between the environment and different sites <ce:italic>i</ce:italic> in the bulk is (nearly) constant, then all connected pair correlators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> appearing in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7370">(3)</ce:cross-ref> will be of (almost) uniform magnitude (and sign). Under these conditions, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1301.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The above conditional probability arguments may be extended verbatim to general situations when general observables in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1023.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:math>, and <ce:italic>j</ce:italic> may carry time and/or other indices in addition to spatial ones. Indeed, in the simple conditional probability computations above the specific physical content of these labels was irrelevant.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0390"><ce:label>Appendix E</ce:label><ce:section-title id="st0410">Other long range correlations</ce:section-title><ce:para id="pr1310">It has long been known that algebraic power law correlations may appear in non-equilibrium steady states of fluids and other systems in which the energy density and other intensive quantities do not vary with time and in which a coupling to spatially non-uniform external bath was a local boundary effect <ce:cross-refs refid="br1800 br1810 br1820" id="crs0490">[180–182]</ce:cross-refs>. The existence of a spatially non-uniform profile of the local energy density may enhance the large fluctuations that we find in the current work. We will briefly touch on related aspects towards the end of Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf7380">13</ce:cross-ref>. In classical systems with local interactions, broad distributions of various observables may also occur in the thermodynamic limit when these systems are disordered. This phenomenon is known as “non-self-averaging”, e.g., <ce:cross-refs refid="br0990 br1000 br1010 br1020" id="crs0500">[99–102]</ce:cross-refs>. In these disordered systems, an ensemble average of a physical observable computed over different disorder realizations may differ significantly from the expectation value of the same quantity in any single member of the ensemble. The systems that we will focus on in the current work need not be disordered nor critical. However, given the absence of self-averaging in such disordered classical systems, we remark that the broadening that we find will also apply to various systems when the (“ensemble of”) eigenstates of the density matrix effectively describe these different disorder realizations of classical critical systems. This is so since, in such cases, an average computed with the probability density matrix <ce:italic>ρ</ce:italic> will reproduce the average associated with an ensemble of disordered classical states.</ce:para><ce:para id="pr1320">In the driven system, the correlators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si2.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7390">(3)</ce:cross-ref> may be finite. By evolving (forward and backwards) in time, one can examine the correlations of general quantities in the driven system. Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7400">(3)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf7410">(4)</ce:cross-ref> allow for other non-local covariances to be finite. Specifically, whenever Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7420">(3)</ce:cross-ref> holds, regarded as a formal operator, the Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1024.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, evaluated for times <ce:italic>t</ce:italic> at which Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7430">(3)</ce:cross-ref> applies, will trivially, exhibit a standard deviation that is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> when computed with the initial density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> at (i.e., prior to driving the system). The proof of this assertion is straightforward. If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1025.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then,<ce:display><ce:formula id="fm1170"><ce:label>(E.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1026.svg"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">]</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Whenever Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7440">(3)</ce:cross-ref> holds,<ce:display><ce:formula id="fm1180"><ce:label>(E.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1027.svg"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">]</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Thus, rather trivially, when evaluated with the initial probability density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>, the operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1028.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> exhibits an <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1029.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> variance. This allows for non-local correlations similar to those in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7450">(3)</ce:cross-ref> for operators different from <ce:italic>H</ce:italic> also at initial times before the system is driven. In special cases, when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si933.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will remain a sum of local terms similar to those in Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0010" id="crf7460">(1)</ce:cross-ref>, the simple derivation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7470">(3)</ce:cross-ref> may imply non-local correlations for operators do not appear in the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. We will indeed precisely encounter such correlations and further elaborate on viable preparation of non-product form type states with these correlations in the example of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf7480">6</ce:cross-ref> (discussed in some detail in Appendix <ce:cross-ref refid="se0450" id="crf7490">I</ce:cross-ref> and Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf7500">J</ce:cross-ref>) where the correlations in the initial state assume a particularly simple form. In certain other instances, the operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si933.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may become non-local and thus the long range covariance might not be too surprising.</ce:para><ce:para id="pr1330">It should be stressed that in the current work we explain how long range correlations of the particular form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7510">(3)</ce:cross-ref> for the local energetic terms <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si38.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> may arise when the corresponding energy density (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1030.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>) changes at a finite rate (and also explain how similar correlations appear when other intensive quantities vary at a finite rate). With the exception of a brief discussion at the very end of Section <ce:cross-ref refid="se0290" id="crf7520">11</ce:cross-ref>, we will not discuss results concerning macroscopic range correlations that are different from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf7530">(3)</ce:cross-ref>. That is, in this paper we will largely analyze only correlations between the driven observables. For completeness, however, we must remark that many other nontrivial correlations may appear between quantities that are not driven. Indeed, long range correlations may even appear in equilibrated systems. As has been long known, systems such as the celebrated AKLT spin chains <ce:cross-refs refid="br1830 br1840 br1850 br1860 br1870" id="crs0510">[183–187]</ce:cross-refs> as well as Hubbard <ce:cross-refs refid="br1880 br1890 br1900" id="crs0520">[188–190]</ce:cross-refs>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1031.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> <ce:cross-ref refid="br1910" id="crf7540">[191]</ce:cross-ref> the Kitaev honeycomb <ce:cross-ref refid="br1920" id="crf7550">[192]</ce:cross-ref>, and lattice Bose models <ce:cross-ref refid="br1930" id="crf7560">[193]</ce:cross-ref> may indeed display nontrivial long range correlations. For instance, the AKLT spin chains exhibit non-trivial long range string correlations in their ground states <ce:cross-refs refid="br1840 br1850 br1860 br1870" id="crs0530">[184–187]</ce:cross-refs> in addition to more mundane conventional short range nematic type correlations <ce:cross-refs refid="br1940 br1950" id="crs0540">[194,195]</ce:cross-refs>. In <ce:cross-refs refid="br1940 br1950" id="crs0550">[194,195]</ce:cross-refs>, a general algorithm was provided for the construction of non-vanishing string type and other correlators for general entangled ground states.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0400"><ce:label>Appendix F</ce:label><ce:section-title id="st0420">Entangled Ising chain eigenstate expectation values produce thermal averages</ce:section-title><ce:para id="pr1340">In order to explicitly illustrate how macroscopic entanglement may naturally appear in typical thermal states (even those of closed systems that have no explicit contact with an external bath), we turn to a simple example – that of the uniform coupling one dimensional Ising model (the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf7570">5</ce:cross-ref> on an open chain with uniform nearest neighbor coupling – <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1032.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:math>). In these appendices, we will dispense with factors of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si316.svg"><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> and use the conventional definition of the Ising model Hamiltonian with the spin at any site <ce:italic>r</ce:italic> being <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1033.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> (i.e., the diagonal elements of the Pauli matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1034.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>). In each Ising state product state, the value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1035.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is either 1 or (-1). This single Ising product state expectation value differs from that of the equilibrium system at finite temperatures. It is only if we compute the expectation value within a state formed by a superposition of many such product states (i.e., an expectation value within such a highly entangled state) or if we average under uniform translations of the origin (i.e., entangle with equal weights all states related by translation) that we will obtain the equilibrium result. The Ising operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1036.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> are diagonal in the product basis; different product states are orthogonal to each other. In a superposition of different product states, only the diagonal (i.e., weighted Ising product expectation values) terms are of importance when computing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1035.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr1350">We consider a highly entangled eigenstate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1037.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of the one-dimensional Ising model. Such an entangled state emulates, in real space, entangled eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1038.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> with (for systems in their thermodynamic limit) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1039.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> (i.e., not product states of all spins maximally polarized up or down along the field direction) of the spin models discussed in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf7580">6</ce:cross-ref>. For an Ising model <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> on a one dimensional chain of length <ce:italic>L</ce:italic>, given an eigenstate of energy <ce:italic>E</ce:italic>, the frequency of low energy nearest neighbor bonds (namely, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1040.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> (“↑↑” or “↓↓”)) is <ce:italic>p</ce:italic> and that of having higher energy bonds (i.e., “↑↓” or “↓↑”) is <ce:italic>q</ce:italic>. Clearly, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1041.svg"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1042.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where <ce:italic>J</ce:italic> is the Ising model exchange constant and <ce:italic>E</ce:italic> is the total energy. In the one dimensional Ising model there is no constraint on the nearest neighbor bonds <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1043.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (these products are all independent variables that are “+1” or “-1” that sum to the scaled total energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1044.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:math>). Consider a spin at site <ce:italic>r</ce:italic> which is, say, “↑”. We may now ask what is the average value of a spin at another site <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1045.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. Evidently, if there is an even number of domain walls (or even number of energetic bonds) between sties <ce:italic>r</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1045.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> then the spin at site <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1045.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> is “↑” while if there is an odd number of domain walls between the two sites then the spin at site <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1045.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> is “↓”. The average <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1046.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. That is, if we have an even number of bad domain walls (corresponding to an even power of <ce:italic>q</ce:italic>) then the contribution to the correlation function will be positive while if we have an odd number of domain walls (odd power of <ce:italic>q</ce:italic>) then the contribution to the correlation function will be negative. The prefactors in the binomial expansion of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1047.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> account for all of the ways in which domain walls may be placed in the interval <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1048.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. However, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1049.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Thus, the correlator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1050.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. This single eigenstate result using the binomial theorem indeed matches with the known results for correlations in the Ising chain in the canonical ensemble at an inverse temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1051.svg"><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1052.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">tanh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1053.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">tanh</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. The agreement of the spatially long distance correlator result in one eigenstate with the prediction of the fixed energy microcanonical ensemble is obvious. The above probabilistic derivation for general sites <ce:italic>r</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1045.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> will hold so long as the eigenstate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si109.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is a sum of numerous Ising product states (all having the same energy or, equivalently, the same number of domain walls). If this result holds for all site pairs <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1048.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then the entanglement entropy is expected to scale monotonically in the size (or “volume”) of this one dimensional system. Indeed, a rather simple calculation (outlined in Appendix <ce:cross-ref refid="se0410" id="crf7590">G</ce:cross-ref>) illustrates that if the <ce:italic>L</ce:italic> site system is partitioned into subregions <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> of “volumes” <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1054.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1055.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1056.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) then if, e.g., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1037.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is an equal amplitude superposition <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of all Ising product states (i.e., an equal amplitude superposition of the product states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1058.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf7600">5</ce:cross-ref>) that all have a given fixed energy then the entanglement entropy between regions <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1059.svg"><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>.</ce:para><ce:para id="pr1360">Broader than the specific example of this Appendix, the coincidence between the single (entangled) eigenstate expectation values with the equilibrium ensemble averages is expected to hold for general classical systems in arbitrary dimensions. To see why this is so consider the expectation value of a general observable (including any correlation functions) that is diagonal in the basis of degenerate classical product states. When computed in a state formed by a uniform modulus superposition of degenerate states (e.g., the equal amplitude sum of all local product states of the same energy), the expectation value of such an observable may naturally emulate the microcanonical ensemble average of this observable over all classical states of the same energy. Finite energy density states (i.e., states whose energy density is larger than that of the ground state) formed by a uniform amplitude superposition of all product states generally exhibit macroscopic entanglement. As we have elaborated on in this Appendix, this anticipation is realized for the classical Ising chain. For the classical Ising chains discussed above, the below two general quantities are the same for a general observable <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>: (i) the mean of the expectation values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> in all local product states that are superposed to form general (<ce:italic>not necessarily</ce:italic> an exact uniform modulus superposition of degenerate states) highly entangled states and (ii) the average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> as computed by a classical microcanonical ensemble calculation. As we emphasized earlier, general thermal states may exhibit “volume” law entanglement entropies <ce:cross-ref refid="br0560" id="crf7610">[56]</ce:cross-ref>. However, not all eigenstates that display the equilibrium value of the correlators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1035.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> need to exhibit volume law entanglement. As alluded to above, in the next Appendix, we will compute the entanglement entropy associated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> and show that it is macroscopic even in one dimensional systems albeit being logarithmic in the “volume”.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0410"><ce:label>Appendix G</ce:label><ce:section-title id="st0430">Entanglement entropies of a uniform amplitude superposition of classical product states</ce:section-title><ce:para id="pr1370">We next discuss the reduced density matrices and entanglement entropies associated with (1) the eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1061.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf7620">6</ce:cross-ref> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> happens to be maximal (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), (2) the symmetric quantum states described of Appendix <ce:cross-ref refid="se0400" id="crf7630">F</ce:cross-ref>, and a generalization thereof that we now describe. Specifically, we will consider general Hamiltonians that may be expressed as a sum of decoupled commuting local terms, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1062.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1063.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:math> in the notation of the Introduction) on a Hilbert space endowed with a simple local tensor product structure. We denote the eigenstates (of energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1064.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) of each of the local operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1065.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>. For such systems, any product state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1066.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is, trivially, a eigenstate of <ce:italic>H</ce:italic> (of total energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1067.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). Formally, one may think of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> as decoupled independent commuting “quasi-particle” operators (i.e., colloquially, <ce:italic>H</ce:italic> describes “an ideal gas” of such quasi-particles). We now explicitly write the states that are equal amplitude superpositions of all such product states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1068.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of a given total energy,<ce:display><ce:formula id="fm1190"><ce:label>(G.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1069.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Similar to the discussion of Appendix <ce:cross-ref refid="se0400" id="crf7640">F</ce:cross-ref>, for observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1070.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that are diagonal in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1071.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> basis, the single eigenstate expectation values <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1072.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> are equal to the microcanonical equilibrium averages of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1073.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math> in which the energy <ce:italic>E</ce:italic> is held fixed. In Eq. <ce:cross-ref refid="fm1190" id="crf7650">(G.1)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1074.svg"><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math> is the number of product states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1068.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that have a total energy <ce:italic>E</ce:italic> (and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1075.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is the associated Boltzmann entropy). The states of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1190" id="crf7660">(G.1)</ce:cross-ref> describe those of the Ising spin states alluded to in Appendix <ce:cross-ref refid="se0400" id="crf7670">F</ce:cross-ref>. Such states rear their head also in other arenas. For instance, since, in a many body spin system, the state of maximal total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is a uniform amplitude superposition of all product states having a given value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1076.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (i.e., a uniform amplitude superposition of all states of decoupled spins in a uniform magnetic field that share the same energy), states of the type <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> include the eigenstates that we analyzed in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf7680">6</ce:cross-ref> (when these states are those of maximal total spin). The entanglement entropy that we will compute for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> will thus have implications for these and other systems. We partition the <ce:italic>L</ce:italic> site system into two disjoint regions <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> and examine the entanglement between these two subvolumes. To facilitate the calculation, we will employ the symmetric combinations<ce:display><ce:formula id="fm1200"><ce:label>(G.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1077.svg"><mml:msub id="mmlbr0023"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0023" linebreakstyle="before">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> In the first of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1200" id="crf7690">(G.2)</ce:cross-ref>, the sum is over all product states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1078.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> having their support on the sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1079.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that are of fixed energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1080.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Similarly, the symmetric state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1081.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> extends over the sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1082.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:math>. With these definitions, we rewrite Eq. <ce:cross-ref refid="fm1190" id="crf7700">(G.1)</ce:cross-ref> as<ce:display><ce:formula id="fm1210"><ce:label>(G.3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1083.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The density matrix associated with this state is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1084.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. To compute the entanglement entropy, we next write the reduced density matrix<ce:display><ce:formula id="fm1220"><ce:label>(G.4)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1085.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi id="mmlbr0024">T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0024" linebreakstyle="before">×</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> If a given system is partitioned into two non-interacting subsystems <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> then the sole relation linking the two subsystems will be the constraint of total energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1086.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Of all possible ways of partitioning the total energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1086.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, one pair of energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1087.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1088.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will yield the highest value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1089.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The ratios appearing in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1220" id="crf7710">(G.4)</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm1230"><ce:label>(G.5)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1090.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> follow, upon Taylor expanding the ratio to quadratic order about its maximum at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1087.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1091.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, a Gaussian distribution with a standard deviation set by<ce:display><ce:formula id="fm1240"><ce:label>(G.6)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1092.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> In Eq. <ce:cross-ref refid="fm1240" id="crf7720">(G.6)</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm1250"><ce:label>(G.7)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1093.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The latter Taylor expansion may be carried out for energy densities associated with finite temperatures. (In the vicinities of either the ground state value of the energy density or the highest energy density, the derivatives of the entropy relative to the energy diverge and the Taylor expansion becomes void.) The entropies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1094.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1095.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> appearing in Eq <ce:cross-ref refid="fm1230" id="crf7730">(G.5)</ce:cross-ref> are those of subsystems <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> that, as emphasized above, for non-interacting particles, are merely constrained by the condition that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1096.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:math>. For this non-interacting system,<ce:display><ce:formula id="fm1260"><ce:label>(G.8)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1097.svg"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and thus, trivially, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1098.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. As throughout the current work, in Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1240" id="crf7740">(G.6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1250" id="crf7750">(G.7)</ce:cross-ref>, <ce:italic>T</ce:italic> denotes the temperature (set by the condition that the canonical ensemble equilibrium internal energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1099.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is equal to the total energy <ce:italic>E</ce:italic>). The entropy of the Gaussian distribution scales as the logarithm of its width. Specifically, for the saddle point Gaussian approximation of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1230" id="crf7760">(G.5)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1240" id="crf7770">(G.6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1250" id="crf7780">(G.7)</ce:cross-ref>,<ce:display><ce:formula id="fm1270"><ce:label>(G.9)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1100.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where in the last asymptotic form, we made manifest the assumed extensive <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> (and thus <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1102.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>). If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1103.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1104.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> then, from Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1240" id="crf7790">(G.6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1250" id="crf7800">(G.7)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1270" id="crf7810">(G.9)</ce:cross-ref>, the entanglement entropy for states of finite temperature (i.e., states exhibiting a finite energy density above that of the ground state value),<ce:display><ce:formula id="fm1280"><ce:label>(G.10)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1105.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> We reiterate that generic states of fixed total energy will exhibit an entanglement entropy proportional to the system volume (see, e.g., the considerations of <ce:cross-ref refid="br0560" id="crf7820">[56]</ce:cross-ref>). Even though a system of non-interacting particles is trivial and its properties may, generally, be exactly computed, its entanglement entropy may be macroscopic. We next discuss two specific realizations of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1270" id="crf7830">(G.9)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1280" id="crf7840">(G.10)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:section id="se0420"><ce:label>G.1</ce:label><ce:section-title id="st0440">Maximal total spin eigenstates</ce:section-title><ce:para id="pr1380">As noted above, for any fixed <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, the eigenstates of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf7850">(6)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> corresponds to a maximal total spin (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) state of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1106.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> spins (with the given value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>). In order to relate this to our general results of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1270" id="crf7860">(G.9)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1280" id="crf7870">(G.10)</ce:cross-ref> for the entanglement entropy, we consider the local Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> forming the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1107.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> to be given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1108.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. With this, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1190" id="crf7880">(G.1)</ce:cross-ref> is an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (with each product state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1068.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> being an eigenstate of all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1109.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> operators). We consider what occurs if the <ce:italic>N</ce:italic> spins are partitioned into the two groups <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> of approximately equal numbers <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1054.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1055.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1110.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>. In this case, the saddle point approximation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1230" id="crf7890">(G.5)</ce:cross-ref> yields, as before, a Gaussian distribution and, a consequent logarithmic entanglement entropy,<ce:display><ce:formula id="fm1290"><ce:label>(G.11)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1111.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Thus, as highlighted in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf7900">6</ce:cross-ref>, initial states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of maximal total spin and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> feature logarithmic in volume entanglement entropies.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0430"><ce:label>G.2</ce:label><ce:section-title id="st0450">Ising chains</ce:section-title><ce:para id="pr1390">Returning to the considerations of Appendix <ce:cross-ref refid="se0400" id="crf7910">F</ce:cross-ref> and the notation introduced in Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf7920">5</ce:cross-ref>, we now consider the symmetric sum of all Ising product states that share the same energy (as measured by the Ising Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf7930">5</ce:cross-ref>). As in Appendix <ce:cross-ref refid="se0420" id="crf7940">G.1</ce:cross-ref>, we can transform the problem of computing the entanglement entropy of such symmetric states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> into that involving eigenstates of decoupled local Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1001.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that led to Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1280" id="crf7950">(G.10)</ce:cross-ref>. Towards this end, we focus on the nearest neighbor spin products that were crucial to our analysis in Appendix <ce:cross-ref refid="se0400" id="crf7960">F</ce:cross-ref>, and define the operators<ce:display><ce:formula id="fm1300"><ce:label>(G.12)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1112.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub id="mmlbr0025"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0025" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> The Ising Hamiltonian now explicitly becomes a sum of the above defined decoupled commuting operators, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1113.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Using the vocabulary that we employed earlier, the “quasi-particle” operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1114.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> are associated with the existence (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1115.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) or absence (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1116.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) of domain walls between neighboring Ising spins. On the two subregions <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic>, we define <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1117.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1118.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The equal amplitude superposition of all Ising product states of fixed energy can be rewritten as<ce:display><ce:formula id="fm1310"><ce:label>(G.13)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1119.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> denote the eigenvalues of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1121.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. When evaluating the reduced density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1122.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>, the trace over all Ising spins <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1123.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> that lie in the spatial region <ce:italic>A</ce:italic> is replaced by that over <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1124.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>. Repeating the earlier calculations we find, once again, the entanglement entropy of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1240" id="crf7970">(G.6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1250" id="crf7980">(G.7)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1270" id="crf7990">(G.9)</ce:cross-ref> <ce:cross-ref refid="br1960" id="crf8000">[196]</ce:cross-ref>. Equating the internal energy of a system given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> to <ce:italic>E</ce:italic> we see that, when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1125.svg"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, the temperature appearing in Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1240" id="crf8010">(G.6)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1250" id="crf8020">(G.7)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1270" id="crf8030">(G.9)</ce:cross-ref> is given by<ce:display><ce:formula id="fm1320"><ce:label>(G.14)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1126.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> In Eq. <ce:cross-ref refid="fm1250" id="crf8040">(G.7)</ce:cross-ref>, the heat capacities of the Ising chain subsystems <ce:italic>A</ce:italic> and <ce:italic>B</ce:italic> (when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1101.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) are<ce:display><ce:formula id="fm1330"><ce:label>(G.15)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1127.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Eq. <ce:cross-ref refid="fm1280" id="crf8050">(G.10)</ce:cross-ref> provides the asymptotic scale of the entanglement entropy; similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm1290" id="crf8060">(G.11)</ce:cross-ref>, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1054.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1055.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are both of order of the system size, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1128.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then the entanglement entropy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1129.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the symmetric state will scale logarithmically in <ce:italic>N</ce:italic>. General eigenstates may exhibit larger entanglement entropies (see Appendix <ce:cross-ref refid="se0540" id="crf8070">N</ce:cross-ref>).</ce:para></ce:section></ce:section><ce:section id="se0440"><ce:label>Appendix H</ce:label><ce:section-title id="st0460">The total spin of large systems</ce:section-title><ce:para id="pr1400">We now discuss the total spin sectors that may appear in the spin model of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf8080">6.1</ce:cross-ref>. Our aim is to highlight both statistical and physical aspects of the total spin and its scaling with the system size <ce:italic>N</ce:italic>. All states with maximal total spin and definite eigenvalues of the total <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> operator are eigenstates of the general Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8090">(6)</ce:cross-ref>. (These eigenstates span the basis of all ferromagnetic spin states with spins uniformly polarized along different directions.) This assertion may be explicitly proven by the following simple observations: (i) For any two spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> operators, the scalar product <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si280.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the operator permuting the two spins, (ii) Any state of maximum total spin (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1131.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>) is a symmetric state that is invariant under all permutations <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1132.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>. From properties (i) and (ii), it follows that any state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1133.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is an eigenstate of both the first and second terms of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8100">(6)</ce:cross-ref> and therefore of the full Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Thus, any state of maximal total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that is an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> is automatically an eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8110">(6)</ce:cross-ref>. In general, when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1134.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, only some linear combinations of the multiple states of given values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> are eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (hence the appearance of additional quantum numbers <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si129.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> defining general eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>). To make this clear, we can explicitly write down the total spin for a system of <ce:italic>N</ce:italic> spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> particles. That is,<ce:display><ce:formula id="fm1340"><ce:label>(H.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1135.svg"><mml:mi id="mmlbr0026">N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0026" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0026" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0026" linebreakstyle="after">,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> The first (textbook type) equality of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8120">(H.1)</ce:cross-ref> states that singlet (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1136.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) and triplet (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1137.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) total spin combinations may be formed by adding two (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1138.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>) spins of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>. Other well known relations are similarly tabulated for higher <ce:italic>N</ce:italic>. Since <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is defined on a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1139.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> dimensional Hilbert space, its eigenstates span all states in the direct product basis on the lefthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8130">(H.1)</ce:cross-ref>. For each <ce:italic>N</ce:italic>, the sector of maximal spin (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1140.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math>) is unique. However, for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1141.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>, all other total spin sectors in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8140">(H.1)</ce:cross-ref> exhibit a multiplicity <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1142.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math> larger than one. While it is, of course, possible to simultaneously diagonalize the Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8150">(6)</ce:cross-ref> with the two operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>, there are multiple states that share the same eigenvalues of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. Using the characters <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1143.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> representations of SU(2), we find that there are<ce:display><ce:formula id="fm1350"><ce:label>(H.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1144.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> sectors of total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1145.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> on the righthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8160">(H.1)</ce:cross-ref>. The decomposition into characters of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si113.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> has a transparent physical content. Consider a global rotation by of all spins an arbitrary angle <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1146.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> about the <ce:italic>z</ce:italic> axis. The trace of the operator that implements this rotation is the same into the different basis appearing in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8170">(H.1)</ce:cross-ref>: (1) the product basis (the lefthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8180">(H.1)</ce:cross-ref>) of <ce:italic>N</ce:italic> spins of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> and (2) the basis comprised of the total spin sectors (the righthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8190">(H.1)</ce:cross-ref>). When expressing the basis invariant trace of the arbitrary rotation evolution operator in terms of the Laurent series in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1147.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> that arises when taking the trace of the rotation operator, the series must identically match in both of these bases of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8200">(H.1)</ce:cross-ref>. Equating the trace as evaluated in (1) and (2) as discussed above, we explicitly have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1148.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1149.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> from which Eq. <ce:cross-ref refid="fm1350" id="crf8210">(H.2)</ce:cross-ref> follows by Fourier transformation. Perusing Eq. <ce:cross-ref refid="fm1350" id="crf8220">(H.2)</ce:cross-ref>, we see that for large <ce:italic>N</ce:italic>, the highest values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1150.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> occur for small <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>; in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8230">(H.1)</ce:cross-ref>, a “randomly” (“infinite temperature”) chosen state of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> spins is most likely to have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1151.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Specifically, if we approximate, for fixed <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1152.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, the distribution of binomial coefficients in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1350" id="crf8240">(H.2)</ce:cross-ref> by a Gaussian, we trivially obtain<ce:display><ce:formula id="fm1360"><ce:label>(H.3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1153.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> The binomial character of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1350" id="crf8250">(H.2)</ce:cross-ref> with the associated asymptotic Gaussian form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1360" id="crf8260">(H.3)</ce:cross-ref> is not unexpected: a summation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> random classical spins (when these are viewed as uniform length displacement vectors) leads to a total spin that, similar to that appearing for the total displacement in random walks (sum of the uniform length displacements), follows a Gaussian distribution. As seen in our equations, the situation for quantum spins is qualitatively similar. Even though, when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si10.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, states of low <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1154.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> are statistically preferred in the entries of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf8270">(H.1)</ce:cross-ref>, physically finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1155.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> ratios are naturally mandatory in numerous instances (including the ability to cool/heat the energy density of the system at a finite rate). For instance, sans symmetry breaking fields, in low temperature ferromagnetic states (having a finite magnetization density or, equivalently, an extensive total spin), the total spin value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In the presence of the applied symmetry breaking field in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8280">(6)</ce:cross-ref>, such a finite average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1156.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> arises at general finite temperatures. Furthermore, as noted above, in order to have a finite rate of change of the energy density by applying the transverse field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si172.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf8290">(8)</ce:cross-ref>, we must have that the total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0450"><ce:label>Appendix I</ce:label><ce:section-title id="st0470">Correlations in rotationally invariant spin systems driven by a uniform field</ce:section-title><ce:section id="se0460"><ce:label>I.1</ce:label><ce:section-title id="st0480">Long range correlations</ce:section-title><ce:para id="pr1410">We will now briefly underscore that any eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8300">(6)</ce:cross-ref> having <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> displays long range correlations. As we will further explain, such macroscopic spin states with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> must appear if the application of a transverse field in the example of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf8310">6.1</ce:cross-ref> leads to, e.g., either (1) finite second cumulants (i.e., variances) the change of the energy density (in addition to a finite rate of variation of the energy density as required for the systems that we analyze) or generally leads to (2) finite second derivatives of the energy density for time dependent external fields (such as those of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1450" id="crf8320">(I.9)</ce:cross-ref> below).</ce:para><ce:para id="pr1420">First, we make the correlations in these states explicit by writing down two simple equalities,<ce:display><ce:formula id="fm1370"><ce:label>(I.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1157.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> and<ce:display><ce:formula id="fm1380"><ce:label>(I.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1158.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Combining Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1370" id="crf8330">(I.1)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1380" id="crf8340">(I.2)</ce:cross-ref>, and noting that in any eigenstate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> operator, the expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1159.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, one finds that, on average, for all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si324.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math>, the pair correlator<ce:display><ce:formula id="fm1390"><ce:label>(I.3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1160.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> For fully symmetric states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (those associated with a maximal total spin, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1140.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math>), all of the correlators when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si324.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math> are equal to each other and given by the righthand side of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1390" id="crf8350">(I.3)</ce:cross-ref>. The possibility of correlations in the initial state is consistent with our discussion following Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1170" id="crf8360">(E.1)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm1180" id="crf8370">(E.2)</ce:cross-ref>. In the exactly solvable model system of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf8380">6</ce:cross-ref>, these correlations are of a particularly simple form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1390" id="crf8390">(I.3)</ce:cross-ref>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0470"><ce:label>I.2</ce:label><ce:section-title id="st0490">Cumulants and higher order derivatives of the energy density for various fields</ce:section-title><ce:para id="pr1590">We next explain how the correlations described in Appendix <ce:cross-ref refid="se0460" id="crf2480">I.1</ce:cross-ref> for initial states of the models of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf6680">6.1</ce:cross-ref> may be inevitable in various circumstances.</ce:para><ce:section id="se0480"><ce:label>I.2.1</ce:label><ce:section-title id="st0500">Finite variances of the derivative of the energy density</ce:section-title><ce:para id="pr1430">As we noted earlier, in order for the system to display a finite rate of variation of its energy density (the focus of the systems discussed in our work), the spin system of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8400">6</ce:cross-ref> must have macroscopic (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) total <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (as in a ferromagnet). While a finite average correlator for large <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si50.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> (such as that resulting when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) might appear paradoxical, one must recall that for these states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, the application of the transverse field of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf8410">(8)</ce:cross-ref> led to a finite range of change of the energy density. That is, when evaluated in these states, the expectation value of the time derivative of the Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1162.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> for general times <ce:italic>t</ce:italic>. Indeed, the latter inequality defined our problem (that of a finite rate of change of the energy density). Given that, at most times <ce:italic>t</ce:italic>, the first moment of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1163.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> in the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is finite, it is no surprise that its second cumulant (i.e., the variance) may also be finite at these or other times. Indeed, when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1164.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mod</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>,<ce:display><ce:formula id="fm1400"><ce:label>(I.4)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1165.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">〉</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Thus, for those times <ce:italic>t</ce:italic> at which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1166.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mod</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (which, coincidently, for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1167.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>, are the only times at which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1168.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) if the second cumulant of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1169.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is finite then the initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1170.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> must display a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1171.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. From Eq. <ce:cross-ref refid="fm1380" id="crf8420">(I.2)</ce:cross-ref>, a non-vanishing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1171.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> implies a finite average value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1173.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for far separated sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic>. Hence, the correlations of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1390" id="crf8430">(I.3)</ce:cross-ref> are not unexpected in systems generally exhibiting finite cumulants of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1169.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. We must caution that, of course, the possibility of a finite first cumulant of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1169.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> at general times does not mandate the existence of a finite second cumulant (i.e., a variance) yet certainly does not preclude it (as is indeed the case for our example of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf8440">6.1</ce:cross-ref>). Generally, one anticipates a finite variance from the different local contributions to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1163.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. These contributions are generally correlated due to the coupling between the local contributions (the local spins) to the external drive (the transverse field of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf8450">(8)</ce:cross-ref>) to all spins in the system so as to change the energy density at a finite rate (as motivated by the qualitative discussion of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf8460">(4)</ce:cross-ref>). That the variance of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1169.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> is given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm1400" id="crf8470">(I.4)</ce:cross-ref> may be explicitly seen as follows. In the Heisenberg picture, an evolution under the transverse field Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf8480">(8)</ce:cross-ref> leads to the precession<ce:display><ce:formula id="fm1410"><ce:label>(I.5)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1175.svg"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> where, as in the main text, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1176.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. Invoking Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8490">(6)</ce:cross-ref>, this yields<ce:display><ce:formula id="fm1420"><ce:label>(I.6)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1177.svg"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> giving rise to Eq. <ce:cross-ref refid="fm1400" id="crf8500">(I.4)</ce:cross-ref> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1166.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">mod</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0490"><ce:label>I.2.2</ce:label><ce:section-title id="st0510">Finite averages of the second order derivative of the energy density</ce:section-title><ce:para id="pr1440">Higher order derivatives may be similarly examined. We next discuss the average of the second derivative of the energy density,<ce:display><ce:formula id="fm1430"><ce:label>(I.7)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1179.svg"><mml:mfrac id="mmlbr0027"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0027" linebreakstyle="before">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> In the following, we will very briefly discuss two special simple cases: (1) a time dependent and (2) a constant external field.</ce:para><ce:para id="pr1450"><ce:italic>Time dependent external field.</ce:italic></ce:para><ce:para id="pr1460">From Eq. <ce:cross-ref refid="fm1430" id="crf8510">(I.7)</ce:cross-ref>, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1180.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1181.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the variance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1182.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Since <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1183.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>, this yields the ordinary differential equation<ce:display><ce:formula id="fm1440"><ce:label>(I.8)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1184.svg"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">tan</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Explicitly integrating <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1185.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">cot</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math> once implies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1186.svg"><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. An exponentiation and a second integration result in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1187.svg"><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1188.svg"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> arbitrary integration constants). Hence, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1189.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> then the solution to Eq. <ce:cross-ref refid="fm1440" id="crf8520">(I.8)</ce:cross-ref> is, for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1190.svg"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>, given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1191.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for general <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1192.svg"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Thus, if an applied field<ce:display><ce:formula id="fm1450"><ce:label>(I.9)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1193.svg"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> not only trivially leads to a finite rate of change of the energy density but also to a finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1194.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> on a continuous time interval then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1182.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) signaling, as discussed in Appendix <ce:cross-ref refid="se0460" id="crf8530">I.1</ce:cross-ref>, the existence of long range correlations.</ce:para><ce:para id="pr1470"><ce:italic>Constant external field.</ce:italic></ce:para><ce:para id="pr1480">If, apart from having a finite rate of change of the energy density, the square of the second order derivative <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1196.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1197.svg"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> for a uniform time independent <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si172.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> then, from Eq. <ce:cross-ref refid="fm1430" id="crf8540">(I.7)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1182.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> (implying long range correlations once again).</ce:para></ce:section></ce:section></ce:section><ce:section id="se0500"><ce:label>Appendix J</ce:label><ce:section-title id="st0520">Preparation of the initial spin states of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf8550">6.1</ce:cross-ref></ce:section-title><ce:para id="pr1490">The results of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf8560">6.1</ce:cross-ref> hold for <ce:italic>any</ce:italic> initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that is an eigenstate of the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8570">(6)</ce:cross-ref> evolved under the transverse field Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf8580">(8)</ce:cross-ref>. We reiterate that a finite rate of cooling or heating can be achieved by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> only when the initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is of a macroscopic total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (e.g., a ferromagnet) and the ratio <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1198.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Furthermore, as noted earlier, the inequality <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si264.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> must be satisfied in order for the initial state to differ qualitatively from a product state in which all spins are polarized along the <ce:italic>z</ce:italic> direction. Indeed, as we explained in Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf8590">5</ce:cross-ref>, for initial product states, no spreading is possible (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>). In a related manner, if <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si260.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> then the transverse field Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will act as a pure displacement operator on the spin coherent state initially polarized along the <ce:italic>z</ce:italic>− axis and lead to no spreading of the energy density as evaluated with Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8600">(6)</ce:cross-ref>. It is only for the fully polarized states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si260.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> that no spreading occurs. The states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that we considered are, obviously, somewhat special (see also Appendix <ce:cross-ref refid="se0450" id="crf8610">I</ce:cross-ref>). In this Appendix, we describe a purely gedanken experiment for preparing states (with either quantum or classical probability densities) of high spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>. Towards this end, we first consider the Hamiltonian of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8620">(6)</ce:cross-ref> as that describing a typical ferromagnet <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1199.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">F</mml:mi></mml:math> associated with the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1200.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0080" id="crf8630">(7)</ce:cross-ref> on a lattice of <ce:italic>N</ce:italic> sites (having, e.g., all of the couplings in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0080" id="crf8640">(7)</ce:cross-ref> non-negative) that is subjected to, at low temperatures, to a longitudinal external field (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1201.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>). The latter external field is created by a large permanent magnet <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1202.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">M</mml:mi></mml:math> of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1203.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The global magnetic field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1201.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> generated by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1202.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">M</mml:mi></mml:math> has small <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1205.svg"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> fluctuations in its magnitude. We consider the “<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1206.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">F</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">M</mml:mi></mml:math>” hybrid to be, initially, in contact with a thermal bath. In equilibrium, at low temperatures, the spins in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1199.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">F</mml:mi></mml:math> become polarized with the resulting total magnetization being parallel to the applied external field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1201.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (viz., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1207.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). Next, we introduce a transverse field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si172.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (captured by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0090" id="crf8650">(8)</ce:cross-ref> or Eq. <ce:cross-ref refid="fm0150" id="crf8660">(14)</ce:cross-ref>) that acts on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1199.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">F</mml:mi></mml:math>. Following the application of the transverse field, the total spin will precess about the <ce:italic>y</ce:italic> axis (see <ce:cross-refs refid="fg0040 fg0050" id="crs0620">Figs. 4 and 5</ce:cross-refs>). Next, we turn off the transverse field and let the system evolve under Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf8690">(6)</ce:cross-ref>. As earlier, we do so by considering the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1206.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">F</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">M</mml:mi></mml:math> hybrid which is now closed (i.e., with no connection to an external heat bath). Now that the total spin is no longer polarized along the <ce:italic>z</ce:italic> axis, the fluctuations in the values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1201.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will lead to a spread of precession of the total spin about the <ce:italic>z</ce:italic> axis. After a time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1208.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (assuming that this time is larger than the Lieb-Robinson time of Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf8670">4</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1209.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">LR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), the probability distribution for the total spin covers uniformly a “line of latitude” of fixed <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si125.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (see <ce:cross-ref refid="fg0040" id="crf8710">Fig. 4</ce:cross-ref>). This resulting probability distribution for the total spin emulates that associated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of Section <ce:cross-ref refid="se0070" id="crf8720">6.1</ce:cross-ref> or that affiliated with the semi-classical distribution of Section <ce:cross-ref refid="se0090" id="crf8730">6.1.2</ce:cross-ref>. Once a strong transverse field (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1210.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>) is applied anew to this state, the results Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf8740">(9)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf8750">(13)</ce:cross-ref> will follow (the ring of <ce:cross-ref refid="fg0040" id="crf8760">Fig. 4</ce:cross-ref> will rotate to that of <ce:cross-ref refid="fg0050" id="crf8770">Fig. 5</ce:cross-ref>). Similarly, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0160" id="crf8780">(15)</ce:cross-ref> will yield the standard deviation of the energy density for the more general situation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0150" id="crf8790">(14)</ce:cross-ref> for an arbitrary size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> augmenting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The existence of a minimal time (beyond that required for the field to couple to all sites in the system) is reminiscent of lower bounds that we found in other model systems (e.g., the time scale required to have a fluctuation in the effective external field set by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si302.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> satisfy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1211.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in Section <ce:cross-ref refid="se0180" id="crf8800">7.4.2</ce:cross-ref>).</ce:para><ce:para id="pr1500">The simple example in this Appendix is a particular realization of the schematic of <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf8820">Fig. 3</ce:cross-ref>. All spins in the system couple uniformly to the external magnet (the “environment”) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1202.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">M</mml:mi></mml:math>. Fluctuations in the “collective coordinate” of the external drive, the global magnetization of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1202.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">M</mml:mi></mml:math>, lead to a distribution of precession frequencies of the total spin in the “system” <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1199.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">F</mml:mi></mml:math> and, in the aftermath, to the ensuing long range fluctuations of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1390" id="crf10150">(I.3)</ce:cross-ref> within it <ce:cross-ref refid="br0310" id="crf8830">[31]</ce:cross-ref>. If the environment acts like a uniform stationary field with no fluctuations on a product state form then correlations will not arise as was seen in the example of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf8840">5</ce:cross-ref>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0510"><ce:label>Appendix K</ce:label><ce:section-title id="st0530">Finite rate shifts of the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic></ce:section-title><ce:para id="pr1510">For Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, the single condition <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si267.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> at all times may be satisfied by an infinite number of special Hamiltonians and/or density matrices <ce:italic>ρ</ce:italic>. A solution is afforded by Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si441.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> that during the cooling/heating time have a commutator with <ce:italic>H</ce:italic> that is a non-vanishing c-number. Under these circumstances, the evolution operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1213.svg"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:math> has the form of a shift operator for the energy (shifting, during each interval of time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1214.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>, the Heisenberg picture Hamiltonian so as to have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1215.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟶</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) that brings to life the intuitive analogy with wave packets (Section <ce:cross-ref refid="se0040" id="crf8850">4</ce:cross-ref>). In order to obtain a general shift of the energy without widening the width of the energy density distribution, one may apply a shift operator (an evolution with a “momentum” conjugate to <ce:italic>H</ce:italic>). Indeed, the above evolution leads to a shift of the energy density with no additional changes. More comprehensive solutions to the equation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1216.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> at all times <ce:italic>t</ce:italic> (and thus solutions to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1217.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> at all <ce:italic>t</ce:italic>) given that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si18.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> at time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si100.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> are afforded by combining multiple “shifts” of the above type with the product states of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf8860">5</ce:cross-ref>. That is, we may set the initial state to be a general product of decoupled density matrices afforded by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0050" id="crf8870">(5)</ce:cross-ref> with general values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1218.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math>. If all of the probability density matrices are local (have their support on regions of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) then any Hamiltonian evolution is possible. Conversely, if the density matrices cannot be factorized beyond a region of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then only an innocuous shift with a constant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1219.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math> will be possible. General hybrids where for (1) all non-local density matrices such innocuous shift appears while (2) the evolution of any local density matrices is arbitrary further satisfy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1217.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> at all <ce:italic>t</ce:italic>. Generally, as Eq. <ce:cross-ref refid="fm0500" id="crf8880">(48)</ce:cross-ref> illustrates, as the system is cooled or heated, an evolution from an initial sharp energy density will not only shift the initial delta function distribution of the energy density but will also lead to a (non-vanishing) widening <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0520"><ce:label>Appendix L</ce:label><ce:section-title id="st0540">Aspects of the viscosity fits for supercooled liquids</ce:section-title><ce:para id="pr1520">One may work backwards from the data to extract an effective <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> needed to fit the experimental viscosity data when using the first equality in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf8890">(91)</ce:cross-ref>. This leads to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1221.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (which according to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf8900">(90)</ce:cross-ref> is equal to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1222.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>T</mml:mi></mml:math>) exhibits larger deviations from a linear in <ce:italic>T</ce:italic> near <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> than at temperatures far below <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> where a nearly perfect linear behavior appears. Such deviations from a nearly perfect linear increase of the effective <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1223.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at lower temperatures are seen in, e.g., Figure 3 in <ce:cross-ref refid="br1260" id="crf8910">[126]</ce:cross-ref> and Figures 16, 17, and S1 in <ce:cross-ref refid="br1270" id="crf8920">[127]</ce:cross-ref>. Indeed, above melting, non-supercooled equilibrated high temperature fluids have (by virtue of being in equilibrium) a sharp energy density (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1224.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) implying a breakdown of any putative increase of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1223.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> with temperature and suggesting a possible departure from a perfect linear increase of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1223.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> also before <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf8930">Fig. 7</ce:cross-ref> of the current work, the logarithm of the scaled dimensionless viscosities of all liquids must collapse onto the single ordinate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1225.svg"><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1226.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The smaller deviation from linear in <ce:italic>T</ce:italic> behavior of the effective extracted <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1223.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> at lower temperatures is consistent with the better collapse at lower temperatures seen in <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf8940">Fig. 7</ce:cross-ref>. Indeed, at temperatures far below <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the only natural temperature scale is <ce:italic>T</ce:italic> itself (suggesting by dimensional analysis a possibly better linear in <ce:italic>T</ce:italic> behavior). Indeed, it is also possible that the crossover to an even more precise form similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf8950">(91)</ce:cross-ref> includes temperatures that do not precisely coincide with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In such a case, at temperatures much lower than <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, such corrections will be irrelevant but close to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si816.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> such deviations may become more important. Furthermore, in the derivation of <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf8960">[23]</ce:cross-ref> for Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf8970">(91)</ce:cross-ref> an approximation was made that may become more accurate at the temperatures become lower. Specifically, the long time average <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1227.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the speed of a dropped spherical object into a viscous fluid, given (similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf8980">(85)</ce:cross-ref>) by the integral <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1228.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> was approximated by the product <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1229.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. This approximation becomes more accurate if the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> drops sharply as the energy density is increased for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1230.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>; in such instances, most of the weight in the first integral above occurs in a narrow region just above <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1231.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> so that the above replacement is justified. This is certainly the case for a Gaussian distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> centered about energy densities far below <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si814.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>; in such cases, most of the weight of the integral <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1232.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> arises from a very narrow interval just above <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si814.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. However, if the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is centered about energy densities close to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si814.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (especially if the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si821.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is not too small) then the above approximation will become more inaccurate. The above integrals were used in <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf8990">[23]</ce:cross-ref> (see also Appendix <ce:cross-ref refid="se0520" id="crf9000">L</ce:cross-ref>) to compute the viscosity as given in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf9010">(91)</ce:cross-ref> using Stokes' law, viz., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1233.svg"><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">const</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1234.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">const</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math> denoting a temperature independent constant).</ce:para></ce:section><ce:section id="se0530"><ce:label>Appendix M</ce:label><ce:section-title id="st0550">Intuitive arguments for the appearance of long time Gaussian distributions</ce:section-title><ce:para id="pr1530">The prediction of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf9020">(91)</ce:cross-ref> for the viscosity of quintessential non-equilibrium liquids (supercooled liquids and glasses) that yielded the 16 decade collapse of <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf9030">Fig. 7</ce:cross-ref> was first derived <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf9040">[23]</ce:cross-ref> by computing long time averages and invoking a Gaussian distribution of finite width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In equilibrium systems, a Gaussian distribution of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is also found. In <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf9050">[23]</ce:cross-ref>, we motivated the possible presence of Gaussian distributions by maximizing the Shannon entropy for a given <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. We now suggest that long time normal distributions (both in systems that exhibit long time equilibrium and those that do not such as glasses) might also be natural from other considerations. In general, the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may be calculated along lines similar to those that led to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf9060">(13)</ce:cross-ref> in our toy example of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf9070">(6)</ce:cross-ref> where the system was continuously driven by an external transverse field. However, unlike the models studied in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf9080">6</ce:cross-ref>, at long times, supercooled liquids and glasses are no longer driven by an external bath <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that continuously cools/heats them in a predetermined fashion. Instead, for supercooled liquids and glasses, at long times, the external heat bath (similar to the situation in equilibrium thermodynamics), becomes a source of stochastic noise (whose strength is set by its temperature <ce:italic>T</ce:italic>). Thus, the initially driven (i.e., continuously cooled) supercooled fluids or glasses will, at these long times, be effectively exposed to random noise. Following the reasoning that led to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf9090">(13)</ce:cross-ref>, we examine general moments of the Heisenberg picture Hamiltonian<ce:display><ce:formula id="fm1460"><ce:label>(M.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1235.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> when evaluated in the initial equilibrium state prior to cooling <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1236.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1237.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> are the amplitudes of the initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1238.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> in the eigenbasis of the system Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic>. Writing Eq. <ce:cross-ref refid="fm1460" id="crf9100">(M.1)</ce:cross-ref> longhand as a product of <ce:italic>p</ce:italic> factors of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1239.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, we have<ce:display><ce:formula id="fm1470"><ce:label>(M.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1240.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:munder id="mmlbr0028"><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⁎</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo linebreak="newline" indentalign="id" indenttarget="mmlbr0028" linebreakstyle="before">×</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></ce:formula></ce:display> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1241.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are the matrix elements of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1242.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> in the eigenbasis of <ce:italic>H</ce:italic>. If, at long times, the matrix elements of the scaled Heisenberg picture Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1243.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> (now evolved with the stochastic influence of the environment at long times) attain random phases relative to each other then the only remaining contributions in Eq. <ce:cross-ref refid="fm1470" id="crf9110">(M.2)</ce:cross-ref> will be those in which all matrix elements come in complex conjugate pairs of the type <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1244.svg"><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:math>. More precisely, in the calculation of the long time average of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1470" id="crf9120">(M.2)</ce:cross-ref>, only the temporal average of such complex conjugate pairs will not vanish. Thus, similar to the calculation that led to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf9130">(13)</ce:cross-ref>, only even moments <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1245.svg"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:math> may be finite. Now, however, the number of non-vanishing contributions (the number of ways in which the elements of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si768.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> may be matched in complex conjugate pairs) will scale as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1246.svg"><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:math>. This, in turn, prompts us to consider the possibility that, approximately,<ce:display><ce:formula id="fm1480"><ce:label>(M.3)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1247.svg"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> This is especially the case if the initial state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1238.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> corresponds to a single eigenstate of the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1248.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1249.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The appearance of phases (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1250.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) does not, of course, change the average energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1251.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> nor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1252.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> at any time (implying the invariance of the variance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si440.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>) due to identical phase cancellations for all <ce:italic>t</ce:italic>. However, higher order moments of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si768.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> will, generally, vary with time. For these higher order moments, the (essentially random) phases will only cancel at large <ce:italic>t</ce:italic> (not identically at all <ce:italic>t</ce:italic>) allowing for Eq. <ce:cross-ref refid="fm1480" id="crf9140">(M.3)</ce:cross-ref>. If, for all <ce:italic>g</ce:italic>, these moments of Δ<ce:italic>ϵ</ce:italic> are equal to those evaluated with a Gaussian distribution (as follows from Wick's theorem – the combinatorics of which essentially reappeared in the above), then the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for obtaining different energy densities in the final state must, indeed, be a Gaussian. If the expectation value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1253.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:math> is held constant, then similar results may still apply (the density matrix may now mix states <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf9150">[23]</ce:cross-ref> each with the aforementioned Gaussian distribution in <ce:italic>ϵ</ce:italic> subject to such constraints of fixed <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1254.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>). The above simple (non-rigorous) derivation rationalizes the appearance of Gaussian distributions in systems that equilibrate at long times (standard thermal systems) as well as the conjectured Gaussian form of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for supercooled liquids (Section <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf9160">13</ce:cross-ref>) that led to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf9170">(91)</ce:cross-ref>.</ce:para><ce:para id="pr1540">Long time steady states with constrained conserved quantities may enable memory loss of the initial conditions and the appearance of effective equations of state <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf9180">[23]</ce:cross-ref>. For thermal fluctuations in standard (“canonical”) systems, the resulting Gaussian distribution in <ce:italic>ϵ</ce:italic> is defined by its average and a standard deviation linear in the temperature (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si820.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math>) suggestive of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf9190">(90)</ce:cross-ref>. In a somewhat qualitatively similar manner, the stochastic effects of the environment are often simulated by Gaussian distributed forces whose standard deviation depends on the temperature <ce:italic>T</ce:italic>. The assumption of random phases in the above derivation of the Gaussian form does not, of course, imply small variances; the standard deviation of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (possibly still linear in the temperature) may be finite. As emphasized in Sections <ce:cross-ref refid="se0230" id="crf9200">10</ce:cross-ref> and <ce:cross-ref refid="se0310" id="crf9210">13</ce:cross-ref>, in thermal systems the (typically linear in <ce:italic>T</ce:italic>) standard deviation characterizing the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1255.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. For the product states of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf9220">5</ce:cross-ref>, the energy is a sum of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> independent variables (associated with decoupled Hamiltonians acting on different states) for which, as discussed earlier, in accord with the central limit theorem (applicable to the independent decoupled contributions to the total energy), <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1256.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. While the above considerations suggest a Gaussian distribution, the standard central limit theorem cannot be simply applied for states that are not of a product form and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may be finite. More complex multi-scale probability distributions are possible (e.g., Appendix 6 of <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf9230">[23]</ce:cross-ref>). The above arguments for long time Gaussian distributions may be replicated, by a change of variables, to general intensive quantities <ce:italic>q</ce:italic> other than the energy density. For a general <ce:italic>q</ce:italic>, various distributions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1257.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may in some cases, lead to the same result in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0870" id="crf9240">(85)</ce:cross-ref> for certain measured observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>.</ce:para></ce:section><ce:section id="se0540"><ce:label>Appendix N</ce:label><ce:section-title id="st0560">High entanglement entropy states</ce:section-title><ce:para id="pr1550">As we underscored earlier, typical “thermal states” may exhibit an entanglement entropy that scales with the system volume <ce:cross-ref refid="br0560" id="crf9250">[56]</ce:cross-ref>, not its logarithm. The eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> examined in Appendix <ce:cross-ref refid="se0410" id="crf9260">G</ce:cross-ref> were special in two different ways: (i) The eigenstates were constructed as an equal weight symmetric combination of all local product states and (ii) The systems that we examined were endowed with a local “quasi-particle” structure embodied by the independent commuting operators <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si38.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> (and associated local product eigenstates). In general, even when only property (i) is violated, larger entropies may arise. It is instructive to see why this is so and how the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is special inasmuch as the calculation of its entanglement entropy is concerned. In the space spanned by all product states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1068.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that given energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1258.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (instead of that performed in Appendix <ce:cross-ref refid="se0410" id="crf9270">G</ce:cross-ref> in the basis of the symmetric basis of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1200" id="crf9280">(G.2)</ce:cross-ref>), the reduced density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1259.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> becomes block diagonal. Repeating the calculation of Appendix <ce:cross-ref refid="se0410" id="crf9290">G</ce:cross-ref> in this basis, we find that in each region of fixed energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1258.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the block matrix is equal to<ce:display><ce:formula id="fm1490"><ce:label>(N.1)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1260.svg"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">One</mml:mi></mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnspacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mspace width="1em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> multiplied by the factor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1261.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. The dimensions of the matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1262.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">One</mml:mi></mml:math> are determined by the number <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1263.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math> of degenerate states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1264.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> that have an energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1258.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> on the spatial region <ce:italic>B</ce:italic>. We may perform a unitary transformation to the discrete Fourier basis (spanned by the states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1265.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> with the wavenumber <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1266.svg"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1267.svg"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>). This transformation reduces the matrices of the form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1490" id="crf9300">(N.1)</ce:cross-ref> to a single non-vanishing entry. Indeed, up to a constant prefactor (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1268.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>), the matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1262.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">One</mml:mi></mml:math> is the outer product <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1269.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. To make the contact with Appendix <ce:cross-ref refid="se0410" id="crf9310">G</ce:cross-ref> lucid, we remark that in the notation of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm1200" id="crf9320">(G.2)</ce:cross-ref>, the single non-vanishing Fourier mode <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1270.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. In each block of fixed energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1258.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, all other discrete Fourier (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1271.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) modes have a vanishing amplitude. Such a Fourier transformation yields the eigenvalue spectrum,<ce:display><ce:formula id="fm1500"><ce:label>(N.2)</ce:label><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1272.svg"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">Spec</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">One</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>︸</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></ce:formula></ce:display> Thus, upon performing a unitary transformation to the Fourier basis, the block diagonal matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1259.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> becomes sparser (each vanishing eigenvalue of the reduced density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1259.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> does not contribute to the entropy) and only the completely symmetric states of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1200" id="crf9330">(G.2)</ce:cross-ref> are of relevance. If the equal amplitude eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1057.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> are replaced by a general linear combination <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1273.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1274.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) then the associated reduced density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1275.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> will remain block diagonal. However, the block matrices that span each region of fixed energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1258.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will, generally, look very different from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1262.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">One</mml:mi></mml:math>. Intuition concerning the larger entanglement entropies that may generally result can be gained by suggestive arguments. Towards this end, we may consider what occurs if each diagonal block of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1259.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of the type <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1262.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">One</mml:mi></mml:math> is replaced by other block diagonal matrices with a wider distribution of the eigenvalues such that, e.g., each of the non-vanishing eigenvalues of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1259.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> for energies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1258.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (close to the energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1088.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that maximizes the sum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1277.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) is, effectively, split into <ce:italic>K</ce:italic> equal parts. In such a case, the entanglement entropy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1278.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will be larger than <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1279.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math> by an additive contribution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1280.svg"><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:math>. If, for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1281.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the logarithm <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1282.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> then this additive contribution to the entanglement entropy may be linear in the volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1055.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of subsystem <ce:italic>B</ce:italic>.</ce:para></ce:section></ce:appendices></body><tail><ce:bibliography id="bl0010"><ce:section-title id="st0570">References</ce:section-title><ce:bibliography-sec id="bs0010"><ce:bib-reference id="br0010"><ce:label>[1]</ce:label><sb:reference id="bib5275656C6C65s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Ruelle</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Cluster property of the correlation functions of classical gases</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>36</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1964</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>580</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0010">D. Ruelle, “Cluster Property of the Correlation Functions of Classical Gases”, Rev. Mod. Phys. 36, 580 (1964).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0020"><ce:label>[2]</ce:label><sb:reference id="bib474As1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Glimm</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Jaffe</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum Physics: A Functional Integral Point of View</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>1987</sb:date><sb:publisher><sb:name>Springer</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0015">J. Glimm and A. Jaffe,“Quantum Physics: A Functional Integral Point of View”, Springer (1987).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0030"><ce:label>[3]</ce:label><sb:reference id="bib6D617474s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.B.</ce:given-name><ce:surname>Hastings</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Koma</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Spectral gap and exponential decay of correlations</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>265</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2006</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>781</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0020">M. B. Hastings and T. Koma, “Spectral Gap and Exponential Decay of Correlations”, Commun. Math. Phys. 265, 781 (2006).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0040"><ce:label>[4]</ce:label><sb:reference id="bib6D61747427s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.B.</ce:given-name><ce:surname>Hastings</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Decay of correlations in Fermi systems at nonzero temperature</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>93</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:article-number>126402</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0025">M. B. Hastings, “Decay of Correlations in Fermi Systems at Nonzero Temperature”, Phys. Rev. Lett. 93, 126402 (2004).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0050"><ce:label>[5]</ce:label><sb:reference id="bib6A656E73s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Cramer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Eisert</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Correlations, spectral gap, and entanglement in harmonic quantum systems on generic lattices</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>New J. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>8</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2006</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>71</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0030">M. Cramer and J. Eisert, “Correlations, spectral gap, and entanglement in harmonic quantum systems on generic lattices”, New J. Phys. 8, 71 (2006).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0060"><ce:label>[6]</ce:label><sb:reference id="bib6A656E7331s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.J.</ce:given-name><ce:surname>Kastoryano</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Eisert</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Rapid mixing implies exponential decay of correlations</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>54</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2013</sb:date></sb:issue><sb:article-number>102201</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0035">M. J. Kastoryano and J. Eisert, “Rapid mixing implies exponential decay of correlations”, J. Math. Phys. 54, 102201 (2013).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0070"><ce:label>[7]</ce:label><sb:reference id="bib6A656E7327s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Kliesch</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Gogolin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.J.</ce:given-name><ce:surname>Kastoryano</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Riera</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Eisert</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Locality of temperature</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. X</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>4</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2014</sb:date></sb:issue><sb:article-number>031019</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0040">M. Kliesch, C. Gogolin, M. J. Kastoryano, A. Riera, and J. Eisert, “Locality of Temperature”, Phys. Rev. X 4, 031019 (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0080"><ce:label>[8]</ce:label><sb:reference id="bib736572676579s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Bravyi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.B.</ce:given-name><ce:surname>Hastings</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>F.</ce:given-name><ce:surname>Verstraete</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Lieb-Robinson bounds and the generation of correlations and topological quantum order</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>97</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2006</sb:date></sb:issue><sb:article-number>050401</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0045">S. Bravyi, M. B. Hastings, and F. Verstraete, “Lieb-Robinson bounds and the generation of correlations and topological quantum order”, Phys. Rev. Lett. 97, 050401, (2006)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0090"><ce:label>[9]</ce:label><sb:reference id="bib6A656E7332s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Eisert</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.J.</ce:given-name><ce:surname>Osborne</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>General entanglement scaling laws from time evolution</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>97</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2006</sb:date></sb:issue><sb:article-number>150404</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0050">J. Eisert and T. J. Osborne, “General entanglement scaling laws from time evolution”, Phys. Rev. Lett. 97, 150404 (2006)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0100"><ce:label>[10]</ce:label><sb:reference id="bib616C6931s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Alioscia</ce:given-name><ce:surname>Hamma</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Fotini</ce:given-name><ce:surname>Markopoulou</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Isabeau</ce:given-name><ce:surname>Premont-Schwarz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Simone</ce:given-name><ce:surname>Severini</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Lieb-Robinson bounds and the speed of light from topological order</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>102</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:article-number>017204</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0055">Alioscia Hamma, Fotini Markopoulou, Isabeau Premont-Schwarz, and Simone Severini, “Lieb-Robinson bounds and the speed of light from topological order”, Phys. Rev. Lett. 102, 017204 (2009).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0110"><ce:label>[11]</ce:label><sb:reference id="bib616C6932s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Happola</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.B.</ce:given-name><ce:surname>Halasz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Hamma</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Revivals of a closed quantum system and Lieb-Robinson speed</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>85</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2012</sb:date></sb:issue><sb:article-number>032114</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0060">J. Happola, G. B. Halasz, and A. Hamma, “Revivals of a closed quantum system and Lieb-Robinson speed”, Phys. Rev. A 85, 032114 (2012)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0120"><ce:label>[12]</ce:label><sb:reference id="bib68696768747573s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Chakrabarty</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>High temperature correlation functions: universality, extraction of exchange interactions, divergent correlation lengths and generalized Debye length scales</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>84</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:article-number>064124</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0065">S. Chakrabarty and Z. Nussinov, “High temperature correlation functions: universality, extraction of exchange interactions, divergent correlation lengths and generalized Debye length scales”, Phys. Rev. B 84, 064124 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0130"><ce:label>[13]</ce:label><sb:reference id="bib636872697327s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Jarzynski</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Nonequilibrium equality for free energy differences</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>78</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1997</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2690</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0070">C. Jarzynski, “Nonequilibrium Equality for Free Energy Differences”, Phys. Rev. Lett. 78, 2690 (1997).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0140"><ce:label>[14]</ce:label><sb:reference id="bib6368726973s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Jarzynski</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Equalities and inequalities: irreversibility and the second law of thermodynamics at the nanoscale</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Annu. Rev. Condens. Matter Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>2</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>329</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0075">C. Jarzynski, “Equalities and Inequalities: Irreversibility and the Second Law of Thermodynamics at the Nanoscale”, Ann. Rev. Cond. Matt. Phys. 2, 329 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0150"><ce:label>[15]</ce:label><sb:reference id="bib63616D70697369s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Campisi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Hanggi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Talkner</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Colloquium: quantum fluctuation relations</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>83</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>771</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0080">M. Campisi, P. Hanggi, and P. Talkner, “Colloquium: Quantum Fluctuation Relations”, Rev. Mod. Phys. 83, 771 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0160"><ce:label>[16]</ce:label><sb:reference id="bib54616C6B6E6572s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Talkner</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Lutz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Hanggi</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Fluctuation theorems: work is not an observable</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. E</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>75</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2008</sb:date></sb:issue><sb:article-number>7</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0085">P. Talkner, E. Lutz, and P. Hanggi, “Fluctuation theorems: Work is not an observable”, Phys. Rev. E 75, 7 (2008)</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0170"><ce:label>[17]</ce:label><sb:reference id="bib6F702D736372616D31s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Y.</ce:given-name><ce:surname>Sekino</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Susskind</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Fast scramblers</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. High Energy Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>0810</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2008</sb:date></sb:issue><sb:article-number>065</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0090">Y. Sekino and L. Susskind, “Fast Scramblers”, JHEP 0810:065 (2008).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0180"><ce:label>[18]</ce:label><sb:reference id="bib6F702D736372616D32s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Xiao</ce:given-name><ce:surname>Chen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Tianci</ce:given-name><ce:surname>Zhou</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Operator scrambling and quantum chaos</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1804.08655.pdf" id="inf0010">https://arxiv.org/pdf/1804.08655.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2018</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0095">Xiao Chen and Tianci Zhou, “Operator scrambling and quantum chaos”, https://arxiv.org/pdf/1804.08655.pdf (2018).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0190"><ce:label>[19]</ce:label><sb:reference id="bib656E742D67726F777468s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Hong</ce:given-name><ce:surname>Liu</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Josephine</ce:given-name><ce:surname>Suh</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Entanglement growth during thermalization in holographic systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>89</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2014</sb:date></sb:issue><sb:article-number>066012</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0100">Hong Liu and Josephine Suh, “Entanglement growth during thermalization in holographic systems”, Phys. Rev. D 89, 066012 (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0200"><ce:label>[20]</ce:label><sb:reference id="bib6A75616E2D6D617274696Es1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Maldacena</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.H.</ce:given-name><ce:surname>Shenker</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Stanford</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>A bound on chaos</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. High Energy Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>2016</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:article-number>106</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0105">J. Maldacena, S. H. Shenker, and D. Stanford,“A bound on chaos”, JHEP 2016: 106 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0210"><ce:label>[21]</ce:label><sb:reference id="bib4C696F7576696C6C6531s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>B.O.</ce:given-name><ce:surname>Koopman</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Hamiltonian systems and transformation in Hilbert space</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Proc. Natl. Acad. Sci.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>17</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1931</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>315</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0110">B. O. Koopman, “Hamiltonian Systems and Transformation in Hilbert Space”, PNAS 17, 315 (1931).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0220"><ce:label>[22]</ce:label><sb:reference id="bib4C696F7576696C6C6532s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Asher</ce:given-name><ce:surname>Peres</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Daniel</ce:given-name><ce:surname>Terno</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Hybrid classical-quantum dynamics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>63</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2001</sb:date></sb:issue><sb:article-number>02210</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0115">Asher Peres and Daniel Terno, “Hybrid classical-quantum dynamics”, Phys. Rev. A 63, 02210 (2001).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0230"><ce:label>[23]</ce:label><sb:reference id="bib6D65s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>A one parameter fit for glassy dynamics as a quantum corollary of the liquid to solid transition</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Philos. Mag.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>97</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2017</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1509</sb:first-page><sb:last-page>1566</sb:last-page></sb:pages></sb:host><sb:comment>1567–1570</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0120">Z. Nussinov, “A one parameter fit for glassy dynamics as a quantum corollary of the liquid to solid transition”, Philosophical Magazine 97, 1509-1566, 1567-1570 (2017).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0240"><ce:label>[24]</ce:label><sb:reference id="bib6E6174616E61s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Rylands</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>N.</ce:given-name><ce:surname>Andrei</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Loschmidt amplitude and work distribution in quenches of the sine-Gordon model</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>99</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2019</sb:date></sb:issue><sb:article-number>085133</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0125">C. Rylands and N. Andrei, “Loschmidt Amplitude and Work Distribution in Quenches of the Sine-Gordon Model”, Phys. Rev. B 99, 085133 (2019).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0250"><ce:label>[25]</ce:label><sb:reference id="bib4C696E626C6164s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Alicki</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Lendi</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum Dynamical Semigroups and Applications</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:book-series><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Lecture Notes in Physics</sb:maintitle></sb:title></sb:series></sb:book-series><sb:date>2007</sb:date><sb:publisher><sb:name>Springer</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0130">R. Alicki and K. Lendi “Quantum Dynamical Semigroups and Applications”, Lecture Notes in Physics, Springer (2007).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0260"><ce:label>[26]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0090">A trivial example illustrating this non-unitarity is that of two <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> spins comprising, respectively, the system and the environment. Suppose that the initial state is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1283.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (with the first entry denoting the state of the system and the second entry corresponding to that of the environment) and that at time <ce:italic>t</ce:italic> is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1284.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. A unitary evolution connects these two states (e.g., a permutation between the initial and final states). A trace over the “environment” yields the reduced (diagonal) density matrices <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1285.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1286.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The eigenvalues of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si64.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si34.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> are different. Thus, there exists no unitary transformation connecting <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si64.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si34.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0270"><ce:label>[27]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0100">If in case (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf10160">2</ce:cross-ref>, the Hamiltonian is varied adiabatically such that both its initial and final forms are equal to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1287.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> then, by the adiabatic theorem, no change in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (including the cooling sketched in <ce:cross-ref refid="fg0010" id="crf10170">Fig. 1</ce:cross-ref>) can occur between the final and initial states.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0280"><ce:label>[28]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0110">We denote the eigenvectors of a density matrix <ce:italic>ρ</ce:italic> by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1288.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> and their corresponding eigenvalues by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1289.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>. The expectation values <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1290.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> mark the energies of given density matrix eigenstates. The variance of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1291.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> may then be expressed as a sum of “classical” and “quantum” contributions, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1292.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">class</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">quant</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1293.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">class</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. (Note that, generally, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1294.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>) and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1295.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">quant</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, where the variances <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1296.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> stem from the fluctuations of Hamiltonian in given eigenstates of the density matrix. (Similar classical and quantum standard deviations may be defined for quantities <ce:italic>q</ce:italic> different from the energy density <ce:italic>ϵ</ce:italic>.) In classical systems where <ce:italic>H</ce:italic> and <ce:italic>ρ</ce:italic> commute, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1297.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">quant</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> and the sole contribution to the variance is that of the above defined <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1298.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">class</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. The standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si568.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) should not, of course, be confused with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1299.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">class</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. Indeed, in a general single pure state (a situation for which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1300.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">class</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>), the standard deviation of the energy density may be finite, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1301.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Concrete realizations of this maxim are provided in the examples of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf10180">6</ce:cross-ref>. In a quasi-static state, different eigenstates of the density matrix may exhibit similar energy densities, viz. <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1300.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">class</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0290"><ce:label>[29]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0120">Along nearly identical lines, for conventional thermal systems, the standard deviation scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1302.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1303.svg"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> implying that the lattice average of the pair correlator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1304.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. At temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1305.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>, this <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si44.svg"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> scaling merely amounts to the existence of self-correlations (of typical magnitude <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1306.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math> and the absence of pair correlations when the two lattice sites are different, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si324.svg"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math>. Analogously, for critical systems wherein <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1307.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1308.svg"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⁎</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1309.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>η</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⁎</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> an anomalous exponent, the average correlator (over all pairs of lattice sites) scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1310.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0300"><ce:label>[30]</ce:label><sb:reference id="bib4C6965625F526F62696E736F6Es1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Lieb</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Robinson</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The finite group velocity of quantum spin systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>28</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1972</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>251</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0135">E. Lieb and D. Robinson, “The finite group velocity of quantum spin systems”, Commun. Math. Phys. 28, 251, (1972).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0310"><ce:label>[31]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0130">Starting from an initial product state, a product of two unitary operators each of which acts on two neighboring sites at a time on the graph of <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf10190">Fig. 3</ce:cross-ref> may generate long range correlations between sites <ce:italic>i</ce:italic> and <ce:italic>j</ce:italic>. For instance, in a spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> type setting, the two step unitary evolution involving neighboring sites on the graph of <ce:cross-ref refid="fg0030" id="crf10200">Fig. 3</ce:cross-ref>, the evolution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1311.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> generates a non-vanishing covariance <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1312.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>. In the simple limit wherein each of the <ce:italic>N</ce:italic> spins (and/or other degrees of freedom) in the system uniformly couples to the environment alone (i.e., the system spins (and/or other degrees of freedom) do not interact amongst themselves), there is no notion of distance between the sites insofar as the interactions are concerned. If one starts from a spatially uniform state of the system then, at all future times, by symmetry, the covariance between any pair of sites will always be the same independent of their location (and thus spatial separation). In Section <ce:cross-ref refid="se0120" id="crf10210">7</ce:cross-ref>, we explicitly solve several “Central Spin” models in which this intuition can be explicitly realized. Another formal trivial exactly solvable system (of a similar type) is that of Appendix <ce:cross-ref refid="se0500" id="crf10220">J</ce:cross-ref> in which the environment is, at intermediate times, a macroscopic magnet with a narrow distribution of its total magnetization that couples to all sites of the lattice leading to a precession of the total system spin with a distribution of frequencies that, after sufficiently long times, endows the system with long range correlations of the form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1390" id="crf10230">(I.3)</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0320"><ce:label>[32]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0140">As a concrete example if, on a hypercubic lattice of <ce:italic>N</ce:italic> sites in <ce:italic>d</ce:italic> dimensions that is endowed with periodic boundary conditions, the exchange couplings <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1032.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:math> for nearest neighbor pairs <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1314.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1315.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> otherwise, and the initial state was a ground state of uniform polarization (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1316.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) then the difference in energies between the final and initial states will be given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1317.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:math>. In this example, the standard deviation of the energy in the final state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si103.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is equal to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1318.svg"><mml:mi>J</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>. Note that for randomly chosen initial states, the difference in the energy densities of the final and initial states vanishes in the thermodynamic limit (i.e., the probability distribution of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1319.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for all possible initial states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1320.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> becomes a delta function as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si22.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:math>).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0330"><ce:label>[33]</ce:label><sb:reference id="bib766F6C756D6531s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Hsin-Hua</ce:given-name><ce:surname>Lai</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Kun</ce:given-name><ce:surname>Yang</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Entanglement entropy scaling laws and eigenstate typicality in free fermion systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>91</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue></sb:host><sb:comment>081110(R)</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0140">Hsin-Hua Lai and Kun Yang, “Entanglement entropy scaling laws and eigenstate typicality in free fermion systems”, Phys. Rev. B 91, 081110(R) (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0340"><ce:label>[34]</ce:label><sb:reference id="bib766F6C756D6532s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Fujita</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Y.O.</ce:given-name><ce:surname>Nakagawa</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Sugiura</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Watanabe</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Universality in volume law entanglement of pure quantum states</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1703.02993.pdf" id="inf0020">https://arxiv.org/pdf/1703.02993.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2017</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0145">H. Fujita, Y. O. Nakagawa, S. Sugiura, and M. Watanabe, “Universality in volume law entanglement of pure quantum states” https://arxiv.org/pdf/1703.02993.pdf (2017).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0350"><ce:label>[35]</ce:label><sb:reference id="bib766F6C756D6533s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Vidmar</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Hackl</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Bianchi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Rigol</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Entanglement entropy of eigenstates of quadratic fermionic Hamiltonians</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>119</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2017</sb:date></sb:issue><sb:article-number>020601</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0150">L. Vidmar, L. Hackl, E. Bianchi, and M. Rigol, “Entanglement Entropy of Eigenstates of Quadratic Fermionic Hamiltonians”, Phys. Rev. Lett. 119, 020601 (2017).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0360"><ce:label>[36]</ce:label><sb:reference id="bib766F6C756D6534s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.M.</ce:given-name><ce:surname>Kaufman</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.E.</ce:given-name><ce:surname>Tai</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Lukin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Rispoli</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Schittko</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.M.</ce:given-name><ce:surname>Preiss</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Greiner</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum thermalization through entanglement in an isolated many-body system</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Science</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>353</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>794</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib766F6C756D6534s2"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Anatoli</ce:given-name><ce:surname>Polkovnikov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Dries</ce:given-name><ce:surname>Sels</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Chaos and thermalization in small quantum systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Science</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>353</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>752</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0155">A. M. Kaufman, M. E. Tai, A. Lukin, M. Rispoli, R. Schittko, P. M. Preiss, and M. Greiner, “Quantum thermalization through entanglement in an isolated many-body system”, Science 353, 794 (2016); Anatoli Polkovnikov and Dries Sels, “Chaos and thermalization in small quantum systems”, Science 353, 752 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0370"><ce:label>[37]</ce:label><sb:reference id="bib65746831s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.M.</ce:given-name><ce:surname>Deutsch</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum statistical mechanics in a closed system</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>43</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1991</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2046</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0160">J. M. Deutsch, “Quantum Statistical Mechanics in a Closed System”, Phys. Rev. A 43, 2046 (1991).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0380"><ce:label>[38]</ce:label><sb:reference id="bib65746832s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Srednicki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Chaos and quantum thermalization</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. E</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>50</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1994</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>888</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0165">M. Srednicki, “Chaos and quantum thermalization”, Phys. Rev. E 50, 888 (1994).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0390"><ce:label>[39]</ce:label><sb:reference id="bib65746833s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Rigol</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Dunjko</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Olshanii</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Thermalization and its mechanism for generic isolated quantum systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Nature</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>452</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2008</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>854</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0170">M. Rigol, V. Dunjko, and M. Olshanii, Thermalization and its mechanism for generic isolated quantum systems, Nature 452, 854 (2008).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0400"><ce:label>[40]</ce:label><sb:reference id="bib65746834s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>F.</ce:given-name><ce:surname>Borgonovia</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>F.M.</ce:given-name><ce:surname>Izrailev</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.F.</ce:given-name><ce:surname>Santos</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.G.</ce:given-name><ce:surname>Zelevinsky</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum chaos and thermalization in isolated systems of interacting particles</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rep.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>626</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0175">F. Borgonovia, F. M. Izrailev, L. F. Santos, and V. G. Zelevinsky, “Quantum chaos and thermalization in isolated systems of interacting particles”, Phys. Rep. 626, 1 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0410"><ce:label>[41]</ce:label><sb:reference id="bib7269676F6Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Rigol</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Breakdown of thermalization in finite one-dimensional systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>103</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:article-number>100403</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0180">M. Rigol, “Breakdown of Thermalization in Finite One-Dimensional Systems”, Phys. Rev. Lett. 103, 100403 (2009).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0420"><ce:label>[42]</ce:label><sb:reference id="bib706F6Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Polkovnikov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Sengupta</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Silva</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Vengalattore</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Colloquium: nonequilibrium dynamics of closed interacting quantum systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>83</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>863</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0185">A. Polkovnikov, K. Sengupta, A. Silva, and M. Vengalattore, “Colloquium: Nonequilibrium dynamics of closed interacting quantum systems”, Rev. Mod. Phys. 83, 863 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0430"><ce:label>[43]</ce:label><sb:reference id="bib706F6C6B6F766E696B6F7631s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>L.F.</ce:given-name><ce:surname>Santos</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Polkovnikov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Rigol</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Entropy of isolated quantum systems after a quench</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>107</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:article-number>040601</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0190">L. F. Santos, A. Polkovnikov, and M. Rigol, “Entropy of Isolated Quantum Systems after a Quench”, Phys. Rev. Lett. 107, 040601 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0440"><ce:label>[44]</ce:label><sb:reference id="bib706F6C6B6F766E696B6F7632s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>D'Alessio</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Y.</ce:given-name><ce:surname>Kafri</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Polkovnikov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Rigol</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>From quantum chaos and eigenstate thermalization to statistical mechanics and thermodynamics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Adv. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>65</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>239</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0195">L. D'Alessio, Y. Kafri, A. Polkovnikov, and M. Rigol, “From quantum chaos and eigenstate thermalization to statistical mechanics and thermodynamics”, Advances in Physics 65, 239 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0450"><ce:label>[45]</ce:label><sb:reference id="bib766F6E5F6E65756D616E6Es1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>von Neumann</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Proof of the ergodic theorem and the H-theorem in the new mechanics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Z. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>57</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1929</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>30</sb:first-page></sb:pages></sb:host><sb:comment>English translation by R. Tumulka</sb:comment><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Eur. Phys. H</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>35</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2010</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>201</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib766F6E5F6E65756D616E6Es2"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Peter</ce:given-name><ce:surname>Reimann</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Generalization of von Neumann's approach to thermalization</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>115</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:article-number>010403</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0200">J. von Neumann, “Proof of the Ergodic theorem and the H-Theorem in the new Mechanics”, Zeitschrfit fur Physik 57, 30 (1929), English translation by R. Tumulka, J. Eur. Phys. H 35, 201 (2010); Peter Reimann, “Generalization of von Neumann's Approach to Thermalization”, Phys. Rev. Lett. 115, 010403 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0460"><ce:label>[46]</ce:label><sb:reference id="bib4D424C31s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Basko</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Aleiner</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Altshuler</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Metal-insulator transition in a weakly interacting many-electron system with localized single-particle states</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Ann. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>321</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2006</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1126</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib4D424C31s2"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Basko</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Aleiner</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Altshuler</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Possible experimental manifestations of the many-body localization</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>76</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2007</sb:date></sb:issue><sb:article-number>052203</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0205">D. Basko, I. Aleiner, and B. Altshuler, “Metal-insulator transition in a weakly interacting many-electron system with localized single-particle states”, Annals of Physics 321, 1126 (2006); D. Basko, I. Aleiner, and B. Altshuler, “Possible experimental manifestations of the many-body localization”, Phys. Rev. B 76, 052203 (2007).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0470"><ce:label>[47]</ce:label><sb:reference id="bib4D424C32s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Oganesyan</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.A.</ce:given-name><ce:surname>Huse</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Localization of interacting fermions at high temperature</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>75</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2007</sb:date></sb:issue><sb:article-number>155111</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0210">V. Oganesyan and D. A. Huse, “Localization of interacting fermions at high temperature”, Phys. Rev. B 75, 155111 (2007).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0480"><ce:label>[48]</ce:label><sb:reference id="bib4D424C33s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Vosk</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Altman</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Many-body localization in one dimension as a dynamical renormalization group fixed point</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>110</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2013</sb:date></sb:issue><sb:article-number>067204</sb:article-number></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib4D424C33s2"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Altman</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Vosk</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Universal dynamics and renormalization in many-body-localized systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Annu. Rev. Condens. Matter Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>6</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>383</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0215">R. Vosk and E. Altman, “Many-Body Localization in One Dimension as a Dynamical Renormalization Group Fixed Point”, Phys. Rev. Lett. 110, 067204 (2013); E. Altman and R. Vosk, “Universal Dynamics and Renormalization in Many-Body-Localized Systems”, Ann. Rev. of Cond. Matt. Phys. 6, 383 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0490"><ce:label>[49]</ce:label><sb:reference id="bib4D424C34s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.Z.</ce:given-name><ce:surname>Imbrie</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>On many-body localization for quantum spin chains</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Stat. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>163</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>998</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0220">J. Z. Imbrie, “On Many-Body Localization for Quantum Spin Chains”, J. of Statistical Physics 163, 998 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0500"><ce:label>[50]</ce:label><sb:reference id="bib4D424C35s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Nandkishore</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.A.</ce:given-name><ce:surname>Huse</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Many-body localization and thermalization in quantum statistical mechanics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Annu. Rev. Condens. Matter Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>6</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>15</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0225">R. Nandkishore and D. A. Huse, “Many-Body Localization and Thermalization in Quantum Statistical Mechanics”, Ann. Rev. of Cond. Matt. Phys. 6, 15 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0510"><ce:label>[51]</ce:label><sb:reference id="bib4D424C36s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Schreiber</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.S.</ce:given-name><ce:surname>Hodgman</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Bordia</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.P.</ce:given-name><ce:surname>Luschen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.H.</ce:given-name><ce:surname>Fischer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Vosk</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Altman</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>U.</ce:given-name><ce:surname>Schneider</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Bloch</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Observation of many-body localization of interacting fermions in a quasirandom optical lattice</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Science</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>349</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>842</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0230">M. Schreiber, S. S. Hodgman, P. Bordia, H. P. Luschen, M. H. Fischer, R. Vosk, E. Altman, U. Schneider, and I. Bloch, “Observation of many-body localization of interacting fermions in a quasirandom optical lattice”, Science 349, 842 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0520"><ce:label>[52]</ce:label><sb:reference id="bib4D424C37s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>D.A.</ce:given-name><ce:surname>Abanin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Altman</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Bloch</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Serbyn</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Ergodicity, entanglement and many-body localization</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1804.11065.pdf" id="inf0030">https://arxiv.org/pdf/1804.11065.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2018</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0235">D. A. Abanin, E. Altman, I. Bloch, and M. Serbyn, “Ergodicity, Entanglement and Many-Body Localization”, https://arxiv.org/pdf/1804.11065.pdf (2018).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0530"><ce:label>[53]</ce:label><sb:reference id="bib6E6F4D424Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>W.</ce:given-name><ce:surname>De Roeck</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>F.</ce:given-name><ce:surname>Huveneers</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Stability and instability towards delocalization in MBL systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>95</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2017</sb:date></sb:issue><sb:article-number>155129</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0240">W. De Roeck and F. Huveneers, “Stability and instability towards delocalization in MBL systems”, Phys. Rev. B 95, 155129 (2017).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0540"><ce:label>[54]</ce:label><sb:reference id="bib7965734D424Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>I.-D.</ce:given-name><ce:surname>Potirniche</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Banerjee</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Altman</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>On the stability of many-body localization in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1321.svg"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>99</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2019</sb:date></sb:issue><sb:article-number>205149</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0245">I.- D. Potirniche, S. Banerjee, and E. Altman, “On the stability of many-body localization in d&gt;1”, Phys. Rev. B 99, 205149 (2019).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0550"><ce:label>[55]</ce:label><sb:reference id="bib61726561s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Eisert</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Cramer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.B.</ce:given-name><ce:surname>Plenio</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Colloquium: area laws for the entanglement entropy</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>82</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2010</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>277</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0250">J. Eisert, M. Cramer, and M. B. Plenio, “Colloquium: Area laws for the entanglement entropy”, Rev. Mod. Phys. 82, 277 (2010).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0560"><ce:label>[56]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0150">Regardless of the validity of the eigenstate thermalization hypothesis, we note that the volume law entanglement of states that describe thermal systems is extremely natural. Stated plainly, if <ce:italic>ρ</ce:italic> describes the density matrix of a large region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> formed by a thermal system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1322.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and its environment, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1323.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>, then the reduced density matrix for region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1322.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> formed by performing a trace of the full density matrix over the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>, must be of a form of an equilibrium (eq) density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1324.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. That is, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1325.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. It follows that the entropy of entanglement <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1326.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> between regions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1322.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> will be identically equal to the standard thermodynamic entropy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1327.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of a thermal system in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1322.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1328.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Since the entropy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1327.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of an equilibrium system at temperatures <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si107.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math> is an extensive quantity, it follows that the entanglement entropy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1326.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of an equilibrium system with its environment obeys a “volume” law (i.e., the entanglement entropy will be proportional to the spatial volume of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1322.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0570"><ce:label>[57]</ce:label><sb:reference id="bib6C6965622D70757265s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Araki</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.H.</ce:given-name><ce:surname>Lieb</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Entropy inequalities</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>18</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1970</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>160</sb:first-page><sb:last-page>170</sb:last-page></sb:pages></sb:host><sb:comment>(see Lemma 4, in particular)</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0255">H. Araki and E. H. Lieb, “Entropy Inequalities”, Comm. Math. Phys. 18, 160-170 (1970) (see Lemma 4, in particular).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0580"><ce:label>[58]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0160">Using the initial “purification” procedure of <ce:cross-ref refid="br0570" id="crf9420">[57]</ce:cross-ref> (a thermofield double type construct), the proof of this assertion can be made trivial as we now explain. Diagonalizing the density matrix of dimension <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si508.svg"><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:math> on a region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> we have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1329.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. If we associate to each state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1330.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> that has its support in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> a different orthogonal state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1331.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1332.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) having its support in the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si507.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> (i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1333.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1334.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo>∅</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>). With these elements in tow, we will then have <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1335.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1336.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> is a pure state in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si504.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0590"><ce:label>[59]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0170">When adding the spin of <ce:italic>N</ce:italic> particles, as in, e.g., Eq. <ce:cross-ref refid="fm1340" id="crf10240">(H.1)</ce:cross-ref>, there is a unique sector of maximal total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si132.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. For lower values <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si130.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the eigenstates <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si135.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> of the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> need to be specified by an additional index (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si129.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), see also Appendix <ce:cross-ref refid="se0440" id="crf10250">H</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0600"><ce:label>[60]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0180">We briefly comment on what transpires if the forms of the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and, notably, the coupling of the spins to the transverse field as embodied by the Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> apply only for spins on the surface of the system (the number of these spins <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1337.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). In such situations, the standard deviation in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf10260">(9)</ce:cross-ref> would naturally scale as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1338.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The distribution of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf10270">(13)</ce:cross-ref> will retain its form. If this circumstance arises then, in the discussions and equations in the main text concerning <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the total number of spins <ce:italic>N</ce:italic> will be replaced by the number of surface spins <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1339.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0610"><ce:label>[61]</ce:label><sb:reference id="bib4E4A503134s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.J.</ce:given-name><ce:surname>Torres-Herrera</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Vyas</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.F.</ce:given-name><ce:surname>Santos</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>General features of the relaxation dynamics of interacting quantum systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>New J. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>16</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2014</sb:date></sb:issue><sb:article-number>063010</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0260">E. J. Torres-Herrera, M. Vyas, and L. F. Santos, “General features of the relaxation dynamics of interacting quantum systems”, New J. of Physics 16, 063010 (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0620"><ce:label>[62]</ce:label><sb:reference id="bib4C69656231393733s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.H.</ce:given-name><ce:surname>Lieb</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The classical limit of quantum spin systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>31</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1973</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>327</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0265">E. H. Lieb, “The Classical Limit of Quantum Spin Systems”, Commun. Math. Phys. 31, 327 (1973).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0630"><ce:label>[63]</ce:label><sb:reference id="bib53696D6F6E31393830s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Simon</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The classical limit of quantum partition functions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>71</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1980</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>247</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0270">B. Simon, “The classical limit of quantum partition functions”, Commun. Math. Phys. 71, 247 (1980).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0640"><ce:label>[64]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0190">The calculation for any ensemble of initial microstates that is invariant under rotations about the <ce:italic>z</ce:italic> axis that have fixed values of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1076.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si126.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> mirrors that leading to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf10280">(9)</ce:cross-ref> with the eigenstate expectation values replaced by ensemble averages. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0110" id="crf10290">(10)</ce:cross-ref> will be trivially modified in the classical case. Specifically, in the last line of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0110" id="crf10300">(10)</ce:cross-ref>, the quantum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1342.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will be replaced by the classical <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si126.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0650"><ce:label>[65]</ce:label><sb:reference id="bib4D4Ds1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Matsubara</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Matsuda</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>A lattice model of liquid helium, I</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Prog. Theor. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>16</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1956</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>569</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0275">T. Matsubara and H. Matsuda, “A Lattice Model of Liquid Helium, I”, Prog. Theor. Physics 16, 569 (1956).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0660"><ce:label>[66]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0200">Specifically, the Matsubara-Matsuda transformation <ce:cross-ref refid="br0650" id="crf10310">[65]</ce:cross-ref> from spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> raising and lowering operators to the creation and annihilation operators of hard core bosons is given by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1343.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1344.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (from which it follows that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1345.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1346.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is the hard core boson number operator).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0670"><ce:label>[67]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0210">With <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1347.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1348.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> denoting respectively, the spineless Fermi annihilation and creation operators (and with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1349.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), the Jordan-Wigner dual of an initial nearest neighbor spin Hamiltonian of the form of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf10320">(6)</ce:cross-ref> reads <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1350.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true" maxsize="3.8ex" minsize="3.8ex">)</mml:mo></mml:math>. We may consider a spineless fermion system with an initial <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1351.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that is governed, at intermediate times, by the (now non-local) Jordan-Winger dual of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si95.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> or, equivalently, the fermonized dual of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si279.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. Following a temporal evolution with the latter intermediate time Hamiltonian, an initial eigenstate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1351.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> formed by the equal amplitude superposition of all spineless Fermi states of a fixed total particle number (the dual of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si136.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>) will transform into a final state displaying the standard deviation and distribution of Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0100" id="crf10330">(9)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf10340">(13)</ce:cross-ref>. (In order to make the transformation lucid, we remark that the spineless Fermi dual of the particular spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si40.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si133.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> describes an antisymmetrized superposition of all product states in which the fixed total number of spineless fermions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1353.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are distributed over the specific sites <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si282.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>.)</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0680"><ce:label>[68]</ce:label><sb:reference id="bib706F7272617332303034s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Porras</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.I.</ce:given-name><ce:surname>Cirac</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Effective quantum spin systems with trapped ions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>92</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:article-number>207901</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0280">D. Porras and J. I. Cirac, “Effective Quantum Spin Systems with Trapped Ions”, Phys. Rev. Lett. 92, 207901 (2004).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0690"><ce:label>[69]</ce:label><sb:reference id="bib4B696D32303131s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Kim</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Korenblit</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Islam</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.E.</ce:given-name><ce:surname>Edwards</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M-S.</ce:given-name><ce:surname>Chang</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Noh</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Carmichael</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G-D.</ce:given-name><ce:surname>Lin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L-M.</ce:given-name><ce:surname>Duan</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.C. Joseph</ce:given-name><ce:surname>Wang</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum simulation of the transverse Ising model with trapped ions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>New J. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>13</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:article-number>105003</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0285">K. Kim, S. Korenblit, R. Islam, E. E. Edwards, M-S. Chang, C. Noh, H. Carmichael, G-D. Lin., L-M. Duan, and C. C. Joseph Wang, “Quantum simulation of the transverse Ising model with trapped ions”, New J. of Phys. 13, 105003 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0700"><ce:label>[70]</ce:label><sb:reference id="bib417373612D626F6F6Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Auerbach</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Interacting Electrons and Quantum Magnetism</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>1994</sb:date><sb:publisher><sb:name>Springer-Verlag</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0290">A. Auerbach, “Interacting Electrons and Quantum Magnetism”, Springer-Verlag (1994).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0710"><ce:label>[71]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0220">In the state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si326.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>, the standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1354.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math> while <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1355.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>. Eq. <ce:cross-ref refid="fm0250" id="crf10350">(24)</ce:cross-ref> holds whenever <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1356.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> is a function of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si307.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> alone. For the particular case of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1357.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>, the standard deviation of the full Hamiltonian will scale with the system size as it does in typical (“canonical”) open thermal systems, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1358.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. Correlators such <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1359.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∏</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> contain Fourier components (frequencies) as large as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1360.svg"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. However, the variance of the frequencies scales as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1361.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>. Since the cosine in the above form is an equal amplitude superposition of positive and negative frequencies <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1362.svg"><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the distribution of frequencies in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1363.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is indeed identical to that associated with a “random walk” of length <ce:italic>N</ce:italic> with equal amplitude steps <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1362.svg"><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> leading to a binomial distribution with a standard deviation scaling as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1361.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>. The distribution of frequencies in the expectation values of global products such as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1365.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∏</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> reflects that in the total Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1366.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. All expectation values in this system may only have Fourier components associated with differences between the energies of eigenstates appearing in the decomposition of the initial state into the eigenstates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1366.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0720"><ce:label>[72]</ce:label><sb:reference id="bib4A61796E6573s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.T.</ce:given-name><ce:surname>Jaynes</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>F.W.</ce:given-name><ce:surname>Cummings</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Comparison of quantum and semiclassical radiation theories with application to the beam maser</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Proc. IEEE</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>51</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1963</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>89</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0295">E. T. Jaynes and F. W. Cummings, “Comparison of quantum and semiclassical radiation theories with application to the beam maser”, Proc. IEEE 51, 89 (1963).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0730"><ce:label>[73]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0230">For <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1367.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1368.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> drawn from the normal distribution of standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si352.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and zero mean, one immediately obtains all moments computed with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1369.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1370.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. (The average of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1371.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:math> computed with the centered Gaussian distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1372.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1373.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and thus the expectation value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1374.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> is, after expressing the cosine in terms of exponentials and using the binomial theorem, trivially given by the above expression for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1375.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>.) The moments computed for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1376.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> immediately yield the variance of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0290" id="crf10360">(28)</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0740"><ce:label>[74]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0240">Following Eq. <ce:cross-ref refid="fm0030" id="crf10370">(3)</ce:cross-ref>, the standard deviation of the energy density of the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si16.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> will, once again, be finite for macroscopic <ce:italic>N</ce:italic>. Similar to Eqs. <ce:cross-ref refid="fm0120" id="crf10380">(11)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0130" id="crf10390">(12)</ce:cross-ref>, <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf10400">(13)</ce:cross-ref>, one may readily calculate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1377.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> for all <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1378.svg"><mml:mi mathvariant="sans-serif">p</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> for, e.g., a harmonic oscillator ground state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si412.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. The calculation will amount to the expectation value of these moments with the a distribution formed by replacing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si211.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1379.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (or, equivalently, with the definitions of the main text, when replacing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1380.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1381.svg"><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1368.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> itself is drawn from a Gaussian distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1382.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mspace width="0.2em"/><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. In each interval of width <ce:italic>π</ce:italic> in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1383.svg"><mml:mi>α</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> (where we may identify a unique <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1368.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1384.svg"><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) such a distribution for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1368.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> would imply a corresponding distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1385.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for the scaled energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1380.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> such that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1387.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. Thus, if the range of arccosine extended over all real <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1380.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> then <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1372.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> would equal <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1389.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. “Folding” <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1380.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> back to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1390.svg"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math> when using the principal arccosine branch (to physically capture the bounded energy density of the system (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1391.svg"><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>) comprised of two-level states at each site), we sum over all consecutive intervals of width <ce:italic>π</ce:italic>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1392.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. Performing the sum (and employing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1393.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϑ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>) leads to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0300" id="crf10410">(29)</ce:cross-ref>. Similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0140" id="crf10420">(13)</ce:cross-ref> for the spin and related models of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf10430">6</ce:cross-ref>, the energy density of the system comprised of two-level states at each site is trivially bounded (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1391.svg"><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> in the above distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1385.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0750"><ce:label>[75]</ce:label><sb:reference id="bib524D5031393830s1"><sb:comment>Variants of the model that we consider here may appear in other contexts. As such, similar (yet sill notably different) systems were discussed in the past, see, e.g., the Hamiltonian of Eq. (3.16) in</sb:comment><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.M.</ce:given-name><ce:surname>Caves</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.S.</ce:given-name><ce:surname>Thorne</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.W.P.</ce:given-name><ce:surname>Drever</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.D.</ce:given-name><ce:surname>Sandberg</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Zimmerman</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>On the measurement of a weak classical force coupled to a quantum mechanical oscillator. I. Issues of principle</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>52</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1980</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>341</sb:first-page></sb:pages></sb:host><sb:comment>As far as we are aware, the model of Section <ce:cross-ref refid="se0180" id="crf10440">7.4.2</ce:cross-ref> in the current paper and its very simple solution (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0410" id="crf10450">(40)</ce:cross-ref>) are new</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0300">Variants of the model that we consider here may appear in other contexts. As such, similar (yet sill notably different) systems were discussed in the past, see, e.g., the Hamiltonian of Eq. (3.16) in C. M. Caves, K. S. Thorne, R. W. P. Drever, V. D. Sandberg, and M. Zimmerman, “On the measurement of a weak classical force coupled to a quantum mechanical oscillator. I. Issues of principle”, Rev. Mod. Phys. 52, 341 (1980). As far as we are aware, the model of Section 7.4.2 in the current paper and its very simple solution (Eq. (40)) are new.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0760"><ce:label>[76]</ce:label><sb:reference id="bib7A6E676C617373s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Avoided phase transitions and glassy dynamics in geometrically frustrated systems and non-Abelian theories</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>69</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:article-number>014208</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0305">Z. Nussinov, “Avoided Phase Transitions and Glassy Dynamics In Geometrically Frustrated Systems and Non-Abelian Theories”, Physical Review B 69, 014208 (2004).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0770"><ce:label>[77]</ce:label><sb:reference id="bib6D697831s1"><sb:comment>For a discussion of the standard uncertainty relations for mixed states see, e.g.</sb:comment><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Ballentine</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum Mechanics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>1998</sb:date><sb:publisher><sb:name>World Scientific</sb:name><sb:location>Singapore</sb:location></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0310">For a discussion of the standard uncertainty relations for mixed states see, e.g., L. Ballentine, “Quantum Mechanics” (World Scientific, Singapore, 1998).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0780"><ce:label>[78]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0250">We remark that a shorter, one line, proof of the uncertainty relations for mixed states follows from the fact that any density matrix may be expressed in terms of pure states <ce:cross-refs refid="br0570 br0580" id="crs0630">[57,58]</ce:cross-refs>. Thus if, in the notation of <ce:cross-ref refid="br0580" id="crf10460">[58]</ce:cross-ref>, we take <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1394.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>, then the uncertainty relation for pure states implies the corresponding uncertainty relations for general mixed states with arbitrary density matrices.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0790"><ce:label>[79]</ce:label><sb:reference id="bib4661676F747469s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Fagotti</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>On the size of the space spanned by a non-equilibrium state in a quantum spin lattice system</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>SciPost Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>6</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2019</sb:date></sb:issue><sb:article-number>059</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0315">M. Fagotti, “On the size of the space spanned by a non-equilibrium state in a quantum spin lattice system”, SciPost Phys. 6, 059 (2019).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0800"><ce:label>[80]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0260">In mixed states, all density matrices that are diagonal in the eigenbasis of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> are trivially stationary under the evolution with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>. Such diagonal matrices may, however, display a standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that is large as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1395.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> (where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1396.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1397.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denote the maximal and minimal eigenvalues of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>). By contrast, if the pure state density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0620" id="crf10470">(60)</ce:cross-ref> exhibits a large standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> then it also has high weight components fluctuating rapidly in time (of frequency scale <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1398.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:math>).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0810"><ce:label>[81]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0270">A simple example of a large closed (semi-classical) system with system size independent frequencies governing the global evolution is that of nearly harmonic elastic solids. The frequencies of the eigenmodes do not scale with the system size. (Note that in this closed system example, the different eigenmodes cannot couple independently to different baths – the total energy of the (semi-classical) system is conserved.)</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0820"><ce:label>[82]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0280">For instance, one may concoct states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1399.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> (or density matrices <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si63.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math>) in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> that exhibit large variances <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1400.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> when the system size increases. This may be achieved by superposing eigenstates that span an extensive (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1401.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) range of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> eigenvalues. As discussed in Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf10480">5</ce:cross-ref>, on their own, product states with separable Hamiltonians will lead to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1402.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The central spin models of Section <ce:cross-ref refid="se0120" id="crf10490">7</ce:cross-ref> exhibit extensive <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The microcanonical ensemble (for which <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si546.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is bounded) will be rendered incompatible in states like these for which the standard deviation scales with the system size.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0830"><ce:label>[83]</ce:label><sb:reference id="bib4875616E672D626F6F6Bs1"><sb:comment>For textbook discussions, see, e.g.</sb:comment><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Huang</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Statistical Mechanics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>1987</sb:date><sb:publisher><sb:name>Wiley</sb:name><sb:location>New York</sb:location></sb:publisher></sb:book></sb:host><sb:comment>or F. Schwabl, Statistical Mechanics</sb:comment><sb:host><sb:book><sb:date>2002</sb:date><sb:publisher><sb:name>Springer Series</sb:name><sb:location>Berlin Heidelberg New York</sb:location></sb:publisher></sb:book></sb:host><sb:comment>As noted in <ce:cross-ref refid="br0820" id="crf10500">[82]</ce:cross-ref>, one can certainly construct states with extensive uncertainties</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0320">For textbook discussions, see, e.g., K. Huang, “Statistical Mechanics”, Wiley, New York (1987) or F. Schwabl, “Statistical Mechanics”, Springer series, Berlin Heidelberg New York (2002). As noted in [82], one can certainly construct states with extensive uncertainties.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0840"><ce:label>[84]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0290">The uncertainty relation of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0580" id="crf10510">(56)</ce:cross-ref> was derived from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf10520">(55)</ce:cross-ref> by expressing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1403.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>. The discrete time gradients of bounded quantities such as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si568.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and the standard deviation of the time discretized version of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> cannot exceed <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si588.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. However, the expectation values of gauge non-invariant quantities can be made arbitrarily large or small. In non-relativistic systems studied in the current paper, the energy can be shifted by a constant without altering the expectation values of all measurable observables <ce:italic>Q</ce:italic> so long as these observables are not explicitly time dependent (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1404.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>). A shift of the energy by a constant Δ<ce:italic>E</ce:italic> is tantamount to a trivial “gauge transformation” – a multiplication of the wavefunction by a linear in time phase factor, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1405.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math>. We emphasize that the measurable frequencies of these oscillations and their standard deviation are bounded in time discretized systems. The standard deviation of the energy density is a physical gauge invariant quantity (as are general relative energy differences) and all quantities evaluated with the density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0620" id="crf10530">(60)</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0850"><ce:label>[85]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0300">Assumption (3) and Assumption (3′) do not hold for the factorizable states of Section <ce:cross-ref refid="se0050" id="crf10540">5</ce:cross-ref> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si82.svg"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with a Hamiltonian that acts disjointly on each of the <ce:italic>M</ce:italic> local regions. If a product state description exists for the <ce:italic>closed isolated</ce:italic> hybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1406.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (i.e., if the density matrix on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> factorizes into density matrices on disjoint spatial regions) then we may focus on the primitive disjoint subhybrid system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1407.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∪</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (wherein <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1408.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⊆</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1409.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⊆</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>). For systems with short range bounded strength interactions, the subsystem <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1410.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> spans a volume of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> such that all sites in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1410.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> only couple to those in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1411.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. For such systems, in order for the energy density of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> to vary at an extensive rate, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1410.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1411.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) can have a volume of size <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (and, respectively, of a volume that is at least <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>); if all decoupled subvolumes of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> were local regions (i.e., of volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si168.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) uncorrelated from one another then the rate of change of the energy density may scale as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1361.svg"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math> (i.e., not as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si303.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) as a sum of <ce:italic>N</ce:italic> independent random errors (each of which is of order unity). By its definition, the density matrix on the maximal <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1412.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> cannot be further factorized into density matrices on disjoint spatial regions. It is for this density matrix on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1412.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that we can then apply Assumptions (1-3) (or Assumptions (1, 2, 3′)) and the uncertainty inequalities that follow leading to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0670" id="crf10550">(65)</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0860"><ce:label>[86]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0310">Although Assumptions (1-3) of Section <ce:cross-ref refid="se0240" id="crf10560">10.1</ce:cross-ref> are not always satisfied (see, e.g., <ce:cross-ref refid="br0820" id="crf10570">[82]</ce:cross-ref>), rather general systems do obey them and further exhibit a finite rate of change of the energy density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si539.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>. To make contact with our earlier examples of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf10580">6</ce:cross-ref>, as a case in point, we may consider a simple example. We take <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si120.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> of Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf10590">(6)</ce:cross-ref> with a short range <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si116.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and in which the magnetic field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1201.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is along the <ce:italic>z</ce:italic> direction over the entire volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>; in a similar spirit, we consider the Hamiltonian <ce:italic>H</ce:italic> in the region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> to be given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0070" id="crf10600">(6)</ce:cross-ref> with an internal applied field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si172.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> parallel to the <ce:italic>y</ce:italic> direction. In this example (apart from “surface terms” arising from the short range interactions in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si116.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>), the interaction between the system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and its external environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> is dominated by an external field (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1413.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) applied from sites exterior to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. This external field couples to all spins in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>; when added together with <ce:italic>H</ce:italic>, this field will reproduce the terms of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> appearing in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>. We further set the density matrix to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si108.svg"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si109.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> corresponding to an equal amplitude superposition of two eigenstates of maximal total spin <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> that differ by one quantum of <ce:italic>ħ</ce:italic> in their <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1076.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> eigenvalues. In the convention of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf10610">6</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1415.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. It is readily verified that Assumptions (1-3) are satisfied. The state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si109.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> displays a standard deviation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1416.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (consistent with the finite standard deviation of the total energy characterizing the microcanonical ensemble on the full volume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math>). However, within the smaller subvolume <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>, at all times <ce:italic>t</ce:italic>, the standard deviation of the energy density (i.e., the standard deviation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si941.svg"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math>) is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1417.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>; the standard deviation of the total energy of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> is generally extensive, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1418.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. In the above, as in Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf10620">6</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1419.svg"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The rate of change of the energy density is <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1420.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math>. Thus, in this example, generally <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1421.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for finite <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si172.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1201.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si196.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si160.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0870"><ce:label>[87]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0320">Generally, sites exterior to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> may give rise to an evolution as given by Eq. <ce:cross-ref refid="fm0880" id="crf10630">(86)</ce:cross-ref> applied to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si517.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:math> (and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math>). In systems that exhibit non-equilibrium behavior, the time evolved <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si528.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si933.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>) may not be similar to the initial <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> (and <ce:italic>H</ce:italic>). Consequently, the resulting probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si560.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will give rise to averages that differ from those in equilibrium. That is, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0570" id="crf10640">(55)</ce:cross-ref> will always be satisfied. However, the time evolved <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si933.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si528.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> will, when Eq. <ce:cross-ref refid="fm0710" id="crf10650">(69)</ce:cross-ref> holds, deviate from the initial Hamiltonians <ce:italic>H</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si519.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> and thus have expectation values and fluctuations different from those in equilibrium.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0880"><ce:label>[88]</ce:label><sb:reference id="bib7479706963616C30s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Goldstein</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Hara</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Tasaki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Extremely quick thermalization in a macroscopic quantum system for a typical non-equilibrium subspace</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>New J. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>17</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:article-number>045002</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0325">S. Goldstein, T. Hara, and H. Tasaki, “Extremely quick thermalization in a macroscopic quantum system for a typical non-equilibrium subspace”, New J. of Physics 17, 045002 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0890"><ce:label>[89]</ce:label><sb:reference id="bib7765616Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.B.</ce:given-name><ce:surname>Mensky</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum restrictions for continuous observation of an oscillator</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>20</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1979</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>384</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0330">M. B. Mensky, “Quantum restrictions for continuous observation of an oscillator”, Phys. Rev. D. 20, 384 (1979).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0900"><ce:label>[90]</ce:label><sb:reference id="bib7765616B41s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Y.</ce:given-name><ce:surname>Aharonov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.Z.</ce:given-name><ce:surname>Albert</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Vaidman</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>How the result of a measurement of a component of the spin of a spin-1/2 particle can turn out to be 100</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>60</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1988</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1351</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0335">Y. Aharonov, D. Z. Albert, and L. Vaidman, “How the result of a measurement of a component of the spin of a spin-1/2 particle can turn out to be 100”, Phys. Rev. Lett. 60, 1351 (1988).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0910"><ce:label>[91]</ce:label><sb:reference id="bib7765616B42s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>V.P.</ce:given-name><ce:surname>Belavkin</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum continual measurements and a posteriori collapse on CCR</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>146</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1992</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>611</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0340">V. P. Belavkin, “Quantum continual measurements and a posteriori collapse on CCR”, Commun. Math. Phys. 146, 611 (1992).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0920"><ce:label>[92]</ce:label><sb:reference id="bib7765616B43s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>N.</ce:given-name><ce:surname>Foroozani</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Naghiloo</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Tan</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Molmer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.W.</ce:given-name><ce:surname>Murch</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Correlations of the time dependent signal and the state of a continuously monitored quantum system</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>116</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:article-number>110401</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0345">N. Foroozani, M. Naghiloo, D. Tan, K. Molmer, and K. W. Murch, “Correlations of the Time Dependent Signal and the State of a Continuously Monitored Quantum System”, Phys. Rev. Lett. 116, 110401 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0930"><ce:label>[93]</ce:label><sb:reference id="bib7A656E6Fs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Misra</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.C.G.</ce:given-name><ce:surname>Sudarshan</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The Zeno's paradox in quantum theory</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>18</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1977</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>756</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0350">B. Misra and E. C. G. Sudarshan, “The Zeno's paradox in quantum theory”, J. of Mathematical Physics 18, 756 (1977).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0940"><ce:label>[94]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0330">A well defined temperature does not always imply a sharp energy density. For instance, a finite interval of the internal energy densities corresponds to the single melting (and other coexistence) temperature(s). This width of this interval is set by the latent heat of fusion at the melting temperature. At other temperatures in which no phase coexistence appears, there is a unique internal energy density (a sharp thermodynamic state variable) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si817.svg"><mml:mi>ϵ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> associated with every temperature <ce:italic>T</ce:italic>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0950"><ce:label>[95]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0340">If the spectrum of <ce:italic>H</ce:italic> exhibits degeneracies then we will explicitly choose the states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si722.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> to be common eigenstates of both <ce:italic>H</ce:italic> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0960"><ce:label>[96]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0350">For completeness, we note that our generally derived broadening of the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> in driven systems would imply relations similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf10660">(83)</ce:cross-ref> also for systems that do not exhibit equilibrium properties, e.g., <ce:cross-refs refid="br0460 br0470 br0480 br0490 br0500 br0510 br0520 br0530 br0540" id="crs0640">[46–54]</ce:cross-refs>; averages of observables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> with the broadened distribution <ce:italic>P</ce:italic> differ from those with a delta function type distribution.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0970"><ce:label>[97]</ce:label><sb:reference id="bib73686976616A69s1"><sb:comment>Eq. <ce:cross-ref refid="fm0880" id="crf10670">(86)</ce:cross-ref> implies that if the initial Hamiltonian satisfies the Eigenstate Thermalization Hypothesis (ETH) <ce:cross-refs refid="br0370 br0380 br0390 br0400 br0410 br0420 br0430 br0440 br0450" id="crs0650">[37–45]</ce:cross-refs> (according to which single eigenstate expectation values are identical to those computed with the microcanonical or canonical ensemble) then the same will hold at all times with <ce:italic>H</ce:italic> replaced by <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si786.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. This may be proven by setting, in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0880" id="crf10680">(86)</ce:cross-ref>, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1422.svg"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1423.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> the energy of the eigenstate (and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1424.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> the Heisenberg picture operator with eigenvalues <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1425.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> further specifying the eigenstate if a degeneracy exists) for which the eigenstate expectation value and the equilibrium average are identical. Thus, Eq. <ce:cross-ref refid="fm0880" id="crf10690">(86)</ce:cross-ref> may link to the results of</sb:comment><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Moudgalya</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Devakul</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.P.</ce:given-name><ce:surname>Arovas</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.L.</ce:given-name><ce:surname>Sondhi</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>An extension of ETH to non-equilibrium steady states</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>100</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2019</sb:date></sb:issue><sb:article-number>045112</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0355">Eq. (86) implies that if the initial Hamiltonian satisfies the Eigenstate Thermalization Hypothesis (ETH) [37–45] (according to which single eigenstate expectation values are identical to those computed with the microcanonical or canonical ensemble) then the same will hold at all times with H replaced by HH(−t). This may be proven by setting, in Eq. (86), f(HH(−t))=δ(HH(−t)−En)(δ(WH−Wn)) with En the energy of the eigenstate (and WH the Heisenberg picture operator with eigenvalues Wn further specifying the eigenstate if a degeneracy exists) for which the eigenstate expectation value and the equilibrium average are identical. Thus, Eq. (86) may link to the results of S. Moudgalya, T. Devakul, D. P. Arovas, and S. L. Sondhi, “An Extension of ETH to Non-Equilibrium Steady States”, Phys. Rev. B 100, 045112 (2019).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0980"><ce:label>[98]</ce:label><sb:reference id="bib4C69766572706F6F6Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>T.B.</ce:given-name><ce:surname>Liverpool</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Non-equilibrium systems have steady-state distributions and non-steady dynamics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1810.10980.pdf" id="inf0040">https://arxiv.org/pdf/1810.10980.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2018</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0360">T. B. Liverpool, “ Non-equilibrium systems have steady-state distributions and non-steady dynamics”, https://arxiv.org/pdf/1810.10980.pdf (2018).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br0990"><ce:label>[99]</ce:label><sb:reference id="bib646572696461s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Derrida</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Non-self-averaging effects in sums of random variables, spin glasses, random maps, and random walks</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:edited-book><sb:editors><sb:editor><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Fannes</ce:surname></sb:editor><sb:et-al/></sb:editors><sb:title><sb:maintitle>On Three Levels</sb:maintitle></sb:title><sb:date>1994</sb:date><sb:publisher><sb:name>Plenum Press</sb:name><sb:location>New York</sb:location></sb:publisher></sb:edited-book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0365">B. Derrida, “Non-Self-Averaging Effects in Sums of Random Variables, Spin Glasses, Random Maps, and Random Walks” in “On Three Levels”, Edited by M. Fannes et al., Plenum Press, New York (1994).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1000"><ce:label>[100]</ce:label><sb:reference id="bib616D6E6F6Es1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Aharony</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.B.</ce:given-name><ce:surname>Harris</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Absence of self-averaging and universal fluctuations in random systems near critical points</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>77</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1996</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>3700</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0370">A. Aharony and A. B. Harris, “Absence of Self-Averaging and Universal Fluctuations in Random Systems near Critical Points”, Phys. Rev. Lett. 77, 3700 (1996).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1010"><ce:label>[101]</ce:label><sb:reference id="bib656974616Es1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Shai</ce:given-name><ce:surname>Wiseman</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Eytan</ce:given-name><ce:surname>Domany</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Finite-size scaling and lack of self-averaging in critical disordered systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>81</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1998</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>22</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0375">Shai Wiseman and Eytan Domany, “Finite-Size Scaling and Lack of Self-Averaging in Critical Disordered Systems”, Phys. Rev. Lett. 81, 22 (1998).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1020"><ce:label>[102]</ce:label><sb:reference id="bib706572s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>P.H.</ce:given-name><ce:surname>Lundow</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.A.</ce:given-name><ce:surname>Campbell</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Non-self-averaging in Ising spin glasses and hyperuniversality</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. E</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>93</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:article-number>012118</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0380">P. H. Lundow and I. A. Campbell, “Non-self-averaging in Ising spin glasses and hyperuniversality”, Phys. Rev. E 93, 012118 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1030"><ce:label>[103]</ce:label><sb:reference id="bib4C6F756B31s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Louk</ce:given-name><ce:surname>Rademaker</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Jan</ce:given-name><ce:surname>Zaanen</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum thermalization and the expansion of atomic clouds</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Sci. Rep.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>7</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2017</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>6118</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0385">Louk Rademaker and Jan Zaanen, “Quantum Thermalization and the Expansion of Atomic Clouds”, Scientific Reports 7, 6118 (2017).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1040"><ce:label>[104]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0360">When the system is closed, its evolution is unitary and in line with the invariance of the partition function, the spectrum of the density matrix cannot change. A system displaying a Boltzmann distribution at an initial temperature cannot re-equilibrate to a Boltzmann distribution at a different final temperature (since the set of eigenvalues of equilibrium density matrices at different temperatures is not the same (yet under a unitary evolution the spectrum cannot change)).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1050"><ce:label>[105]</ce:label><sb:reference id="bib636974652D6475616C697479s1"><sb:comment>Duality transformations provide one set amongst many examples of unitary transformations altering finite temperature observables. For instance, similar to other dualities, the self-duality of a transverse field Ising chain is associated with a unitary transformation interchanging the nearest neighbor coupling constant <ce:italic>J</ce:italic> with the transverse field <ce:italic>h</ce:italic> (e.g.</sb:comment><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Cobanera</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Ortiz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Unified approach to classical and quantum dualities</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>104</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2010</sb:date></sb:issue><sb:article-number>020402</sb:article-number></sb:host><sb:comment>E. Cobanera, G. Ortiz, Z. Nussinov, The bond-algebraic approach to dualities</sb:comment><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Adv. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>60</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>679</sb:first-page></sb:pages></sb:host><sb:comment>Although the partition functions are invariant under such a duality <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1426.svg"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>, the finite temperature system behaviors (and density matrices) for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1427.svg"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1428.svg"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:math> are radically different. In the context of Section <ce:cross-ref refid="se0300" id="crf10700">12</ce:cross-ref>, the invariance of the normalization constant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1429.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> consistent with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1430.svg"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> at all times <ce:italic>t</ce:italic>. All of the examples of, e.g., Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf10710">6</ce:cross-ref>, can be replicated for a density matrix with Boltzmann weights for the different initial states; each initial state would evolve as in the calculations of Section <ce:cross-ref refid="se0060" id="crf10720">6</ce:cross-ref>. While the states will evolve with time when driven by the external fields, the partition would trivially remain invariant</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0390">Duality transformations provide one set amongst many examples of unitary transformations altering finite temperature observables. For instance, similar to other dualities, the self-duality of a transverse field Ising chain is associated with a unitary transformation interchanging the nearest neighbor coupling constant J with the transverse field h (e.g, E. Cobanera, G. Ortiz, and Z. Nussinov, “Unified approach to classical and quantum dualities”, Phys. Rev. Lett. 104, 020402 (2010), E. Cobanera, G. Ortiz, and Z. Nussinov, “The bond-algebraic approach to dualities”, Advances in Physics 60, 679 (2011)). Although the partition functions are invariant under such a duality Z[J,h]=Z[h,J], the finite temperature system behaviors (and density matrices) for h≫J and J≫h are radically different. In the context of Section 12, the invariance of the normalization constant (Z−1) consistent with Tr[ρ(t)]=1 at all times t. All of the examples of, e.g., Section 6, can be replicated for a density matrix with Boltzmann weights for the different initial states; each initial state would evolve as in the calculations of Section 6. While the states will evolve with time when driven by the external fields, the partition would trivially remain invariant.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1060"><ce:label>[106]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0370">The derivation outlined in the main text for a closed system sans an environment (procedure (1) of Section <ce:cross-ref refid="se0020" id="crf10730">2</ce:cross-ref>) may also be replicated for initial commuting decoupled system <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1431.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> and environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1432.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> Schrodinger picture density matrices (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1433.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1406.svg"><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo>∪</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math>) having, respectively, their support on disjoint spatial regions <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1414.svg"><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> (with the system partition function <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1434.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>). Turning on (for times <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si765.svg"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>) a time independent interaction (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si69.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>) between the system and its environment and unitarily evolving with the combined system-environment Hamiltonian <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1435.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (Eq. <ce:cross-ref refid="fm0040" id="crf10740">(4)</ce:cross-ref>) will lead, in the Heisenberg picture, to a unitary evolution of the system Hamiltonian from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si325.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1436.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ħ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math> in tandem with the evolution of the Schrodinger picture system density matrix <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1437.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> (the density matrix of the environment <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1007.svg"><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:math> will, in the Schrodinger picture, evolve similarly and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1438.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1070"><ce:label>[107]</ce:label><sb:reference id="bib474C4C4F57s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Nenciu</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Rasche</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Adiabatic theorem and Gell-Mann-Low formula</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Helv. Phys. Acta</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>62</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1989</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>372</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0395">G. Nenciu and G. Rasche, “Adiabatic theorem and Gell-Mann-Low formula”, Helv. Phys. Acta 62, 372 (1989).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1080"><ce:label>[108]</ce:label><sb:reference id="bib7479706963616Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Goldstein</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Hara</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Tasaki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>On the time scales in the approach to equilibrium of macroscopic quantum systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>111</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2013</sb:date></sb:issue><sb:article-number>140401</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0400">S. Goldstein, T. Hara, and H. Tasaki, “On the time scales in the approach to equilibrium of macroscopic quantum systems”, Phys. Rev. Lett. 111, 140401 (2013).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1090"><ce:label>[109]</ce:label><sb:reference id="bib7375626972s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Sachdev</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum Phase Transitions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:edition>second edition</sb:edition><sb:date>2011</sb:date><sb:publisher><sb:name>Cambridge University Press</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0405">S. Sachdev, Quantum Phase Transitions, second Edition, Cambridge University Press (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1100"><ce:label>[110]</ce:label><sb:reference id="bib706C616E636B31s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.A.N.</ce:given-name><ce:surname>Bruin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Sakai</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.S.</ce:given-name><ce:surname>Perry</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.P.</ce:given-name><ce:surname>Mackenzie</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Similarity of scattering rates in metals showing T-linear resistivity</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Science</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>339</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2013</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>804</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0410">J. A. N. Bruin, H. Sakai, R. S. Perry, and A. P. Mackenzie, “Similarity of Scattering Rates in Metals Showing T-Linear Resistivity”, Science 339, 804 (2013).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1110"><ce:label>[111]</ce:label><sb:reference id="bib706C616E636B33s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Zaanen</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Superconductivity: why the temperature is high</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Nature</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>430</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>512</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0415">J. Zaanen, “Superconductivity: Why the temperature is high”, Nature 430, 512 (2004).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1120"><ce:label>[112]</ce:label><sb:reference id="bib6D75736B657465657273s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Madziwa-Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Decoherence due to thermal effects in two quintessential quantum systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Quantum Stud., Math. Found.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>1</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2014</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>155</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0420">S. Nussinov, T. Madziwa-Nussinov, and Z. Nussinov, “Decoherence due to thermal effects in two quintessential quantum systems”, Quantum Studies: Mathematics and Foundations 1, 155 (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1130"><ce:label>[113]</ce:label><sb:reference id="bib706C616E636B34s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Sean A.</ce:given-name><ce:surname>Hartnoll</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Theory of universal incoherent metallic transport</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Nat. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>11</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>54</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0425">Sean A. Hartnoll, “Theory of universal incoherent metallic transport”, Nature Physics 11, 54 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1140"><ce:label>[114]</ce:label><sb:reference id="bib757332303134s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>F.</ce:given-name><ce:surname>Nogueira</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Blodgett</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.F.</ce:given-name><ce:surname>Kelton</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Thermalization and possible quantum relaxation times in “classical” fluids: theory and experiment</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1409.1915.pdf" id="inf0050">https://arxiv.org/pdf/1409.1915.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2014</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0430">Z. Nussinov, F. Nogueira, M. Blodgett, and K. F. Kelton, “Thermalization and possible quantum relaxation times in “classical” fluids: theory and experiment”, https://arxiv.org/pdf/1409.1915.pdf (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1150"><ce:label>[115]</ce:label><sb:reference id="bib657972696E67s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Eyring</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The activated complex in chemical reactions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Chem. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>3</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1935</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>107</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0435">H. Eyring, “The Activated Complex in Chemical Reactions”, J. Chem. Phys. 3, 107 (1935).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1160"><ce:label>[116]</ce:label><sb:reference id="bib6C7231s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>F.</ce:given-name><ce:surname>Leyvraz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Ruffo</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Ensemble inequivalence in systems with long-range interactions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Phys. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>35</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2002</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>285</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0440">F. Leyvraz and S. Ruffo, “Ensemble inequivalence in systems with long-range interactions” J. of Phys. A 35, 285 (2002).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1170"><ce:label>[117]</ce:label><sb:reference id="bib6C7232s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Barre</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Mukamel</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Ruffo</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Inequivalence of ensembles in a system with long-range interactions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>87</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2001</sb:date></sb:issue><sb:article-number>030601</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0445">J. Barre, D. Mukamel, and S. Ruffo, “Inequivalence of ensembles in a system with long-range Interactions”, Phys. Rev. Lett. 87, 030601 (2001).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1180"><ce:label>[118]</ce:label><sb:reference id="bib6C7233s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Campa</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Dauxois</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Ruffo</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Statistical mechanics and dynamics of solvable models with long-range interactions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rep.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>480</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>57</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0450">A. Campa, T. Dauxois, and S. Ruffo, “Statistical mechanics and dynamics of solvable models with long-range interactions”, Phys. Rep. 480, 57 (2009).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1190"><ce:label>[119]</ce:label><sb:reference id="bib6C7234s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Y.</ce:given-name><ce:surname>Murata</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Nishimori</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Ensemble inequivalence in the spherical spin glass model with nonlinear interactions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Phys. Soc. Jpn.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>81</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2012</sb:date></sb:issue><sb:article-number>114008</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0455">Y. Murata and H. Nishimori, “Ensemble Inequivalence in the Spherical Spin Glass Model with Nonlinear Interactions”, J. of the Physical Society of Japan 81, 114008 (2012).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1200"><ce:label>[120]</ce:label><sb:reference id="bib707265746865726D616C31s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Berges</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Sz.</ce:given-name><ce:surname>Borsanyi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Wetterich</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Prethermalization</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>93</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:article-number>142002</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0460">J. Berges, Sz. Borsanyi, and C. Wetterich, “Prethermalization”, Phys. Rev. Lett. 93, 142002 (2004).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1210"><ce:label>[121]</ce:label><sb:reference id="bib707265746865726D616C32s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Gring</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Kuhnert</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Langen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Kitagawa</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Rauer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Schreitl</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Mazets</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Adu Smith</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Demler</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Schmiedmayer</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Relaxation and pre-thermalization in an isolated quantum system</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Science</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>337</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2012</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1318</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0465">M. Gring, M. Kuhnert, T. Langen, T. Kitagawa, B. Rauer, M. Schreitl, I. Mazets, D. Adu Smith, E. Demler, and J. Schmiedmayer, “Relaxation and Pre-thermalization in an Isolated Quantum System”, Science 337, 1318 (2012).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1220"><ce:label>[122]</ce:label><sb:reference id="bib707265746865726D616C33s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>F.H.L.</ce:given-name><ce:surname>Essler</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Kehrein</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.R.</ce:given-name><ce:surname>Manmana</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>N.J.</ce:given-name><ce:surname>Robinson</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quench dynamics in a model with tuneable integrability breaking</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>89</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2014</sb:date></sb:issue><sb:article-number>165104</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0470">F. H. L. Essler, S. Kehrein, S. R. Manmana, and N. J. Robinson, “Quench Dynamics in a Model with Tuneable Integrability Breaking”, Phys. Rev. B 89, 165104 (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1230"><ce:label>[123]</ce:label><sb:reference id="bib707265746865726D616C34s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Kitagawa</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Imambekov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Schmiedmayer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Demler</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The dynamics and prethermalization of one dimensional quantum systems probed through the full distributions of quantum noise</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>New J. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>13</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:article-number>073018</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0475">T. Kitagawa, A. Imambekov, J. Schmiedmayer, and E. Demler, “The dynamics and prethermalization of one dimensional quantum systems probed through the full distributions of quantum noise”, New J. Phys. 13, 073018 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1240"><ce:label>[124]</ce:label><sb:reference id="bib707265746865726D616C35s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Badabi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Demler</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Knap</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Far-from-equilibrium field theory of many-body quantum spin systems: prethermalization and relaxation of spin spiral states in three dimensions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. X</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>5</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:article-number>041005</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0480">M. Badabi, E. Demler, and M. Knap, “Far-from-equilibrium field theory of many-body quantum spin systems: Prethermalization and relaxation of spin spiral states in three dimensions”, Phys. Rev. X 5, 041005 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1250"><ce:label>[125]</ce:label><sb:reference id="bib6465666E5F676C617373s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.D.</ce:given-name><ce:surname>Zanotto</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.C.</ce:given-name><ce:surname>Mauro</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The glassy state of matter: its definition and ultimate fate</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Non-Cryst. Solids</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>471</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2017</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>490</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0485">E. D. Zanotto and J. C. Mauro, “The glassy state of matter: Its definition and ultimate fate”, J. of Non-Crystalline Solids 471, 490 (2017).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1260"><ce:label>[126]</ce:label><sb:reference id="bib7573s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>N.B.</ce:given-name><ce:surname>Weingartner</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Pueblo</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>F.S.</ce:given-name><ce:surname>Nogueira</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.F.</ce:given-name><ce:surname>Kelton</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>A phase space approach to supercooled liquids and a universal collapse of their viscosity</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Front. Mater.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>3</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>50</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0490">N. B. Weingartner, C. Pueblo, F. S. Nogueira, K. F. Kelton, and Z. Nussinov, “A phase space approach to supercooled liquids and a universal collapse of their viscosity”, Frontiers in Materials 3, 50 (2016).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1270"><ce:label>[127]</ce:label><sb:reference id="bib757331s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Nicholas B.</ce:given-name><ce:surname>Weingartner</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Chris</ce:given-name><ce:surname>Pueblo</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.F.</ce:given-name><ce:surname>Kelton</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Zohar</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Critical assessment of the equilibrium melting-based, energy distribution theory of supercooled liquids and application to jammed systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1512.04565.pdf" id="inf0060">https://arxiv.org/pdf/1512.04565.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2015</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0495">Nicholas B. Weingartner, Chris Pueblo, K. F. Kelton, and Zohar Nussinov “Critical assessment of the equilibrium melting-based, energy distribution theory of supercooled liquids and application to jammed systems”, https://arxiv.org/pdf/1512.04565.pdf (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1280"><ce:label>[128]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0380">Since the energy density is bounded from below by its ground state value <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1439.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, the probability distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> vanishes for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1440.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. The exact distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> (whether a Gaussian or of another approximate form) is, of course, cut off at such low <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si211.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>. The same holds for the Gaussian distribution describing the energy density of a large finite size system within the canonical ensemble.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1290"><ce:label>[129]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0390">While it is natural to expect a continuous Gaussian distribution for supercooled fluids and glasses, the distribution <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> for plastically deformed crystals might be different. Since different spatial regions of an equilibrium crystal that has been cracked, etc., are locally similar to small finite volume patches of an equilibrium solid, the spatial overlap integral between the wavefunction describing the plastically deformed solid and the state of the equilibrium solid is anticipated to be finite. Thus, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si20.svg"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> may be a sum of delta-functions characterizing the different finite volume patches that emulate the finite equilibrium crystal.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1300"><ce:label>[130]</ce:label><sb:reference id="bib6265727468696572s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Berthier</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Biroli</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Theoretical perspective on the glass transition and amorphous materials</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>83</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2011</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>587</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0500">L. Berthier and G. Biroli, “Theoretical perspective on the glass transition and amorphous materials”, Rev. Mod. Phys. 83, 587 (2011).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1310"><ce:label>[131]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0400">The transition rates from initial <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1441.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> to final <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1442.svg"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:math> states are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1443.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⁎</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⁎</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⁎</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>. The matrix elements of the evolution operator <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1444.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> containing the effects of general (arbitrary magnitude) perturbations are temperature independent and only determined by the Hamiltonian governing the system (a particular supercooled fluid) and the perturbation in question. By contrast, the amplitudes <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1445.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1446.svg"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math> (that determine the distributions <ce:italic>P</ce:italic> associated with the initial and final states) will generally vary with the energy densities of the initial and final states (or their associated temperatures). Indeed, from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0920" id="crf10750">(90)</ce:cross-ref>, the width of <ce:italic>P</ce:italic> increases with the temperature (if, as assumed, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si801.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> is kept constant) thus smearing the equilibrium result more significantly at elevated temperatures. The sum of transition rates to all possible final states orthogonal to the initial state can, similar to Eq. <ce:cross-ref refid="fm0850" id="crf10760">(83)</ce:cross-ref>, be expressed as a weighted average of the equilibrium transition rates at different energy densities <ce:cross-ref refid="br0230" id="crf10770">[23]</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1320"><ce:label>[132]</ce:label><sb:reference id="bib4469786F6Es1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>P.K.</ce:given-name><ce:surname>Dixon</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Specific-heat spectroscopy and dielectric susceptibility measurements of salol at the glass transition</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>42</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1990</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>8179</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0505">P. K. Dixon, “Specific-heat spectroscopy and dielectric susceptibility measurements of salol at the glass transition”. Phys. Rev. B 42, 8179 (1990).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1330"><ce:label>[133]</ce:label><sb:reference id="bib616E67656C6Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.A.</ce:given-name><ce:surname>Angell</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Glass formation and glass transition in supercooled liquids, with insights from study of related phenomena in crystals</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Non-Cryst. Solids</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>354</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2008</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>4703</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0510">C. A. Angell, “Glass formation and glass transition in supercooled liquids, with insights from study of related phenomena in crystals”, J. of Non-Crystalline Solids 354, 4703 (2008).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1340"><ce:label>[134]</ce:label><ce:other-ref id="boref1340"><ce:textref>Z. Nussinov, N.B. Weingartner, F.S. Nogueira, The ‘glass transition’ as a topological defect driven transition in a distribution of crystals and a prediction of a universal viscosity collapse, in: Topological Phase Transitions and New Developments, pp. 61–79, (online Sept. 2018), World Scientific.</ce:textref></ce:other-ref></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1350"><ce:label>[135]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0410">A comparison to experimental and earlier theoretical fits (see, e.g., Figure 4 of <ce:cross-ref refid="br1970" id="crf10780">[197]</ce:cross-ref>) for the heat capacity data yields a crossover temperature window <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1447.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (the width along the temperature axis of the “hysteresis” where the heating and cooling heat capacity curves differ) for different systems. Empirically, different heating (and cooling) rates yield different heat capacity curves yet these, too, tend to almost exactly coincide outside of the crossover temperature window of width <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1447.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>. For OTP, Salol (only experimental results for the heat capacity on heating are given for this liquid in <ce:cross-ref refid="br1970" id="crf10790">[197]</ce:cross-ref>), and Glycerol, the corresponding ratios <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1448.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>0.08</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.087</mml:mn></mml:math>, and 0.13 (respectively, associated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1449.svg"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:math> K, 20 K, and 25 K). By comparison, the values of the scale factor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1450.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math> appearing in Eq. <ce:cross-ref refid="fm0930" id="crf10800">(91)</ce:cross-ref> for the fit of <ce:cross-ref refid="fg0070" id="crf10810">Fig. 7</ce:cross-ref> are, respectively, 0.070, 0.087, and 0.109 <ce:cross-ref refid="br1260" id="crf10820">[126]</ce:cross-ref>. We caution that the general numerical coincidence of the scales between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1451.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1450.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math> is only suggestive (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si801.svg"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>‾</mml:mo></mml:mover></mml:math> does not vary dramatically across different fluids). Furthermore, here a comparison was only made for the three liquids (fluids examined in <ce:cross-ref refid="br1970" id="crf10830">[197]</ce:cross-ref> that have, unambiguously, an identical composition to those whose viscosity was studied in <ce:cross-ref refid="br1260" id="crf10840">[126]</ce:cross-ref>). The experimental heat capacity traces in <ce:cross-ref refid="br1970" id="crf10850">[197]</ce:cross-ref> are from <ce:cross-ref refid="br1980" id="crf10050">[198]</ce:cross-ref> (for OTP), <ce:cross-ref refid="br1990" id="crf10060">[199]</ce:cross-ref> (for glycerol), and <ce:cross-ref refid="br2000" id="crf10070">[200]</ce:cross-ref> (for Salol).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1360"><ce:label>[136]</ce:label><sb:reference id="bib6D696E6573s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.B.</ce:given-name><ce:surname>Jones</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Stevanovic</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The glassy solid as a statistical ensemble of crystalline microstates</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1902.05939.pdf" id="inf0070">https://arxiv.org/pdf/1902.05939.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2019</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0515">E. B. Jones and V. Stevanovic, “The Glassy Solid as a Statistical Ensemble of Crystalline Microstates”, https://arxiv.org/pdf/1902.05939.pdf (2019).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1370"><ce:label>[137]</ce:label><sb:reference id="bib746869735F776F726Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Macroscopic length correlations in non-equilibrium systems and their possible realizations</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1710.06710.pdf" id="inf0080">https://arxiv.org/pdf/1710.06710.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2017</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0520">Z. Nussinov, “Macroscopic Length Correlations in Non-Equilibrium Systems and Their Possible Realizations”, https://arxiv.org/pdf/1710.06710.pdf (2017).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1380"><ce:label>[138]</ce:label><sb:reference id="bib444831s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Sillescu</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Heterogeneity at the glass transition: a review</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Non-Cryst. Solids</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>243</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1999</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>81</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0525">H. Sillescu, “Heterogeneity at the glass transition: a review”, J. of Non-Crystalline. Solids 243, 81 (1999).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1390"><ce:label>[139]</ce:label><sb:reference id="bib444832s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.D.</ce:given-name><ce:surname>Ediger</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Spatially heterogeneous dynamics in supercooled liquids</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Annu. Rev. Phys. Chem.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>51</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2000</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>99</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0530">M. D. Ediger, “Spatially heterogeneous dynamics in supercooled liquids”, Annual Review of Physical Chemistry 51, 99 (2000).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1400"><ce:label>[140]</ce:label><sb:reference id="bib444833s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Richert</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Heterogeneous dynamics in liquids: fluctuations in space and time</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Phys. Condens. Matter</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>14</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2002</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>R703</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0535">R. Richert, “Heterogeneous dynamics in liquids: fluctuations in space and time”, J. of Physics: Condensed Matter 14, R703 (2002).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1410"><ce:label>[141]</ce:label><sb:reference id="bib444834s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>W.</ce:given-name><ce:surname>Kob</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Donati</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.J.</ce:given-name><ce:surname>Plimpton</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.H.</ce:given-name><ce:surname>Poole</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.C.</ce:given-name><ce:surname>Glotzer</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Dynamical heterogeneities in a supercooled Lennard-Jones liquid</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>79</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1997</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2827</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0540">W. Kob, C. Donati, S. J. Plimpton, P. H. Poole, and S. C. Glotzer, “Dynamical heterogeneities in a supercooled Lennard-Jones liquid”, Phys. Rev. Lett. 79, 2827 (1997).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1420"><ce:label>[142]</ce:label><sb:reference id="bib444835s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Donati</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.F.</ce:given-name><ce:surname>Douglas</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>W.</ce:given-name><ce:surname>Kob</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.J.</ce:given-name><ce:surname>Plimpton</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.H.</ce:given-name><ce:surname>Poole</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.C.</ce:given-name><ce:surname>Glotzer</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Stringlike cooperative motion in a supercooled liquid</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>80</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1998</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2338</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0545">C. Donati, J. F. Douglas, W. Kob, S. J. Plimpton, P. H. Poole, and S. C. Glotzer, “Stringlike cooperative motion in a supercooled liquid”, Phys. Rev. Lett. 80, 2338 (1998).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1430"><ce:label>[143]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0420">Our approach suggests other possible consequences. For instance, since smaller systems may generally exhibit (already in equilibrium) larger fluctuations of their energy density, a corollary of our approach is that supercooling of small fluid droplets might be more easy to achieve than that of a macroscopic system.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1440"><ce:label>[144]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0430">We allude here to the standard rule of thumb in which quantization afforded by Planck's constant must be effectively introduced when counting microstates in classical integrals in phase space in order to obtain a dimensionless number. In basic classical statistical mechanics, the sum over microstates of a system of distinguishable <ce:italic>N</ce:italic> particles in <ce:italic>d</ce:italic> spatial dimensions leads to the phase space integral multiplied by a factor which involves a constant that (when compared to the exact quantum results for ideal gases and other systems) is set by Planck's constant <ce:italic>h</ce:italic>, i.e., <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1452.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mspace width="0.25em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋯</mml:mo></mml:math><ce:hsp sp="0.20"/>. Similarly, for identical particles, there is an additional prefactor of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1453.svg"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math> that needs to also be introduced by hand in the classical description (to avoid Gibbs' paradox and related behaviors). This celebrated fudge factor emulates, once again, quantum states of identical particles (reflecting their invariance under permutations).</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1450"><ce:label>[145]</ce:label><sb:reference id="bib4E464Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.M.</ce:given-name><ce:surname>Varma</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>W.</ce:given-name><ce:surname>van Saarloos</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Singular or non-Fermi liquids</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rep.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>361</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2002</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>267</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0550">C. M. Varma, Z. Nussinov, W. van Saarloos, “Singular or Non-Fermi Liquids”, Phys. Rep. 361, 267 (2002).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1460"><ce:label>[146]</ce:label><sb:reference id="bib414744s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.A.</ce:given-name><ce:surname>Abrikosov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.P.</ce:given-name><ce:surname>Gor'kov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.E.</ce:given-name><ce:surname>Dzyaloshinshki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>On the application of quantum-field-theory methods to problems of quantum statistics at finite temperatures</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Sov. Phys. JETP</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>36</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1959</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>636</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><sb:reference id="bib414744s2"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.A.</ce:given-name><ce:surname>Abrikosov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.P.</ce:given-name><ce:surname>Gor'kov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.E.</ce:given-name><ce:surname>Dzyaloshinshki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>1975</sb:date><sb:publisher><sb:name>Dover</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0555">A. A. Abrikosov, L. P. Gor'kov, and I. E. Dzyaloshinshki, “On the Application of Quantum-Field-Theory Methods to Problems of Quantum Statistics at Finite Temperatures”, Soviet Physics JETP 36, 636 (1959); A. A. Abrikosov, L. P. Gor'kov, and I. E. Dzyaloshinshki, “Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics”, Dover, 1975.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1470"><ce:label>[147]</ce:label><sb:reference id="bib4C4Cs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.M.</ce:given-name><ce:surname>Lifshitz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.P.</ce:given-name><ce:surname>Pitaevskii</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Statistical Physics, Part 2</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>1980</sb:date><sb:publisher><sb:name>Pergamon Press</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0560">E. M. Lifshitz and L. P. Pitaevskii, “Statistical Physics, Part 2” (Pergamon Press, 1980).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1480"><ce:label>[148]</ce:label><sb:reference id="bib636F6C656D616Es1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Coleman</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Many Body Physics</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:book><sb:date>2015</sb:date><sb:publisher><sb:name>Cambridge University Press</sb:name></sb:publisher></sb:book></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0565">P. Coleman, “Many Body Physics”, Cambridge University Press (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1490"><ce:label>[149]</ce:label><sb:reference id="bib7269636831s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.T.</ce:given-name><ce:surname>Park</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.S.</ce:given-name><ce:surname>Inosov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Ch.</ce:given-name><ce:surname>Niedermayer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.L.</ce:given-name><ce:surname>Sun</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Haug</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>N.B.</ce:given-name><ce:surname>Christensen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Dinnebier</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.V.</ce:given-name><ce:surname>Boris</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.J.</ce:given-name><ce:surname>Drew</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>L.</ce:given-name><ce:surname>Schulz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Shapoval</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>U.</ce:given-name><ce:surname>Wolff</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Neu</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Xiaoping</ce:given-name><ce:surname>Yang</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.T.</ce:given-name><ce:surname>Lin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Keimer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Hinkov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Electronic phase separation in the slightly underdoped iron pnictide superconductor Ba<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1454.svg"><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>K<ce:inf><ce:italic>x</ce:italic></ce:inf>Fe<ce:inf>2</ce:inf>As<ce:inf>2</ce:inf></sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>102</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:article-number>117006</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0570">J. T. Park, D. S. Inosov, Ch. Niedermayer, G. L. Sun, D. Haug, N. B. Christensen, R. Dinnebier, A. V. Boris, A. J. Drew, L. Schulz, T. Shapoval, U. Wolff, V. Neu, Xiaoping Yang, C. T. Lin, B. Keimer, and V. Hinkov, “Electronic Phase Separation in the Slightly Underdoped Iron Pnictide Superconductor Ba1−xKxFe2As2”, Phys. Rev. Lett. 102, 117006 (2009).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1500"><ce:label>[150]</ce:label><sb:reference id="bib7269636832s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Zaanen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>O.</ce:given-name><ce:surname>Gunnarson</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Charged magnetic domain lines and the magnetism of high-<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1455.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> oxides</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>40</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1989</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>7391</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0575">J. Zaanen and O. Gunnarson, “Charged magnetic domain lines and the magnetism of high-Tc oxides”, Phys. Rev. B 40, 7391 (1989).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1510"><ce:label>[151]</ce:label><sb:reference id="bib7269636833s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Machida</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Magnetism in La<ce:inf>2</ce:inf>CuO<ce:inf>4</ce:inf> based compounds</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Physica C</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>158</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1989</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>192</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0580">K. Machida, “Magnetism in La2CuO4 based compounds”, Physica C 158, 192 (1989).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1520"><ce:label>[152]</ce:label><sb:reference id="bib7269636834s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.J.</ce:given-name><ce:surname>Schulz</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Incommensurate antiferromagnetism in the two-dimensional Hubbard model</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>64</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1990</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1445</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0585">H. J. Schulz, “Incommensurate antiferromagnetism in the two-dimensional Hubbard model”, Phys. Rev. Lett. 64, 1445 (1990).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1530"><ce:label>[153]</ce:label><sb:reference id="bib7269636835s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>U.</ce:given-name><ce:surname>Low</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.J.</ce:given-name><ce:surname>Emery</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Fabricius</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.A.</ce:given-name><ce:surname>Kivelson</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Study of an Ising model with competing long- and short-range interactions</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>72</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1994</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>1918</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0590">U. Low, V. J. Emery, K. Fabricius, and S. A. Kivelson, “Study of an Ising model with competing long- and short-range interactions”, Phys. Rev. Lett. 72, 1918 (1994).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1540"><ce:label>[154]</ce:label><sb:reference id="bib7269636836s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.M.</ce:given-name><ce:surname>Tranquada</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>B.J.</ce:given-name><ce:surname>Sternlieb</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.D.</ce:given-name><ce:surname>Axe</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Y.</ce:given-name><ce:surname>Nakamura</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Uchida</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Evidence for stripe correlations of spins and holes in copper oxide superconductors</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Nature</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>375</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1995</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>561</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0595">J. M. Tranquada, B. J. Sternlieb, J. D. Axe, Y. Nakamura, and S. Uchida, “Evidence for stripe correlations of spins and holes in copper oxide superconductors”, Nature 375, 561 (1995).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1550"><ce:label>[155]</ce:label><sb:reference id="bib7269636837s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>K.H.</ce:given-name><ce:surname>Kim</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>N.</ce:given-name><ce:surname>Harrison</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Jaime</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.S.</ce:given-name><ce:surname>Boebinger</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.A.</ce:given-name><ce:surname>Mydosh</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Magnetic-field-induced quantum critical point and competing order parameters in URu<ce:inf>2</ce:inf>Si<ce:inf>2</ce:inf></sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>91</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2003</sb:date></sb:issue><sb:article-number>256401</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0600">K. H. Kim, N. Harrison, M. Jaime, G. S. Boebinger, and J. A. Mydosh, “Magnetic-Field-Induced Quantum Critical Point and Competing Order Parameters in URu2Si2”, Phys. Rev. Lett. 91, 256401 (2003).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1560"><ce:label>[156]</ce:label><sb:reference id="bib7269636838s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Izawa</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Y.</ce:given-name><ce:surname>Nakajima</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Goryo</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Y.</ce:given-name><ce:surname>Matsuda</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Osaki</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Sugawara</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Sato</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Thalmeier</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Maki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Multiple superconducting phases in new heavy fermion superconductor PrOs<ce:inf>4</ce:inf>Sb<ce:inf>12</ce:inf></sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>90</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2003</sb:date></sb:issue><sb:article-number>117001</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0605">K. Izawa, Y. Nakajima, J. Goryo, Y. Matsuda, S. Osaki, H. Sugawara, H. Sato, P. Thalmeier, and K. Maki, “Multiple superconducting phases in new heavy fermion superconductor PrOs4Sb12”, Phys. Rev. Lett. 90, 117001 (2003).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1570"><ce:label>[157]</ce:label><sb:reference id="bib7269636839s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.B.</ce:given-name><ce:surname>Salamon</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Jamie</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The physics of manganites: structure and transport</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>76</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2001</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>583</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0610">M. B. Salamon and M. Jamie, “The physics of manganites: Structure and transport”, Rev. Mod. Phys. 76, 583 (2001).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1580"><ce:label>[158]</ce:label><sb:reference id="bib726963683131s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Park</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.R.</ce:given-name><ce:surname>Hazzard</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.A.</ce:given-name><ce:surname>Sidorov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.V.</ce:given-name><ce:surname>Balatsky</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.L.</ce:given-name><ce:surname>Sarrao</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.-W.</ce:given-name><ce:surname>Cheong</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.F.</ce:given-name><ce:surname>Hundley</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Jang-Sik</ce:given-name><ce:surname>Lee</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Q.X.</ce:given-name><ce:surname>Jia</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.D.</ce:given-name><ce:surname>Thompson</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Novel dielectric anomaly in the hole-doped La<ce:inf>2</ce:inf>Cu<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1454.svg"><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>Li<ce:inf><ce:italic>x</ce:italic></ce:inf>O<ce:inf>4</ce:inf> and La<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1456.svg"><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>Sr<ce:inf><ce:italic>x</ce:italic></ce:inf>NiO<ce:inf>4</ce:inf> insulators: signature of an electronic glassy state</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>94</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2005</sb:date></sb:issue><sb:article-number>017002</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0615">T. Park, Z. Nussinov, K. R. Hazzard, V. A. Sidorov, A. V. Balatsky, J. L. Sarrao, S.-W. Cheong, M. F. Hundley, Jang-Sik Lee, Q. X. Jia, and J. D. Thompson, “Novel Dielectric Anomaly in the Hole-Doped La2Cu1−xLixO4 and La2−xSrxNiO4 Insulators: Signature of an Electronic Glassy State”, Phys. Rev. Lett. 94, 017002 (2005).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1590"><ce:label>[159]</ce:label><sb:reference id="bib726963683132s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Panagopoulos</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Dobrosavljevic</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Self-generated electronic heterogeneity and quantum glassiness in the high-temperature superconductors</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>72</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2005</sb:date></sb:issue><sb:article-number>014536</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0620">C. Panagopoulos and V. Dobrosavljevic, “Self-generated electronic heterogeneity and quantum glassiness in the high-temperature superconductors”, Phys. Rev. B 72, 014536 (2005).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1600"><ce:label>[160]</ce:label><sb:reference id="bib726963683133s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Dagotto</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Complexity in strongly correlated electronic systems</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Science</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>309</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2005</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>257</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0625">E. Dagotto, “Complexity in strongly correlated electronic systems”, Science 309, 257 (2005).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1610"><ce:label>[161]</ce:label><sb:reference id="bib726963683134s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>V.F.</ce:given-name><ce:surname>Mitrovic</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.-H.</ce:given-name><ce:surname>Julien</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>de Vaulx</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Horvatic</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Berthier</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Suzuki</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Yamada</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Similar glassy features in the <ce:sup>139</ce:sup>La NMR response of pure and disordered La<ce:inf>1.88</ce:inf>Sr<ce:inf>0.12</ce:inf>CuO<ce:inf>4</ce:inf></sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>78</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2008</sb:date></sb:issue><sb:article-number>014504</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0630">V. F. Mitrovic, M.-H. Julien, C. de Vaulx, M. Horvatic, C. Berthier, T. Suzuki, and K. Yamada, “Similar glassy features in the 139La NMR response of pure and disordered La1.88Sr0.12CuO4, Phys. Rev. B 78, 014504 (2008).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1620"><ce:label>[162]</ce:label><sb:reference id="bib726963683135s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Schmalian</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.G.</ce:given-name><ce:surname>Wolynes</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Stripe glasses: self-generated randomness in a uniformly frustrated system</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>85</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2000</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>836</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0635">J. Schmalian and P. G. Wolynes, “Stripe glasses: self-generated randomness in a uniformly frustrated system”, Phys. Rev. Lett. 85, 836 (2000).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1630"><ce:label>[163]</ce:label><sb:reference id="bib726963683136s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Westfahl</ce:surname><ce:suffix>Jr.</ce:suffix></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Schmalian</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.G.</ce:given-name><ce:surname>Wolynes</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Self-generated randomness, defect wandering, and viscous flow in stripe glasses</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>64</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2001</sb:date></sb:issue><sb:article-number>174203</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0640">H. Westfahl, Jr., J. Schmalian, and P. G. Wolynes, “Self-generated randomness, defect wandering, and viscous flow in stripe glasses”, Phys. Rev. B 64, 174203 (2001).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1640"><ce:label>[164]</ce:label><sb:reference id="bib726963683137s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>G.C.</ce:given-name><ce:surname>Milward</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.J.</ce:given-name><ce:surname>Calderon</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>P.B.</ce:given-name><ce:surname>Littlewood</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Electronically soft phases in manganites</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Nature</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>433</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2005</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>607</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0645">G. C. Milward, M. J. Calderon, P. B. Littlewood, “Electronically soft phases in manganites”, Nature 433, 607 (2005).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1650"><ce:label>[165]</ce:label><sb:reference id="bib726963683138s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Vekhter</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.V.</ce:given-name><ce:surname>Balatsky</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Nonuniform glassy electronic phases from competing local orders</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>79</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:article-number>165122</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0650">Z. Nussinov, I. Vekhter, A. V. Balatsky, “Nonuniform glassy electronic phases from competing local orders”, Phys. Rev. B 79, 165122 (2009).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1660"><ce:label>[166]</ce:label><sb:reference id="bib726963683230s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Fradkin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.A.</ce:given-name><ce:surname>Kivelson</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.M.</ce:given-name><ce:surname>Tranquada</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Theory of intertwined orders in high temperature superconductors</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Rev. Mod. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>87</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2015</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>457</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0655">E. Fradkin, S. A. Kivelson, and J. M. Tranquada, “Theory of Intertwined Orders in High Temperature Superconductors”, Rev. Mod. Phys. 87, 457 (2015).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1670"><ce:label>[167]</ce:label><sb:reference id="bib5369s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Qimiao</ce:given-name><ce:surname>Si</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Rabello</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Ingersent</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.L.</ce:given-name><ce:surname>Smith</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Locally critical quantum phase transitions in strongly correlated metals</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Nature</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>413</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2001</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>804</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0660">Qimiao Si, S. Rabello, K. Ingersent, and J. L. Smith, “Locally critical quantum phase transitions in strongly correlated metals”, Nature 413, 804 (2001).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1680"><ce:label>[168]</ce:label><sb:reference id="bib4469726Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.I.</ce:given-name><ce:surname>Mirzaei</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Stricker</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.N.</ce:given-name><ce:surname>Hancock</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.</ce:given-name><ce:surname>Berthod</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Georges</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>van Heumen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.K.</ce:given-name><ce:surname>Chan</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Xudong</ce:given-name><ce:surname>Zhao</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Yuan</ce:given-name><ce:surname>Li</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Greven</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>N.</ce:given-name><ce:surname>Barisic</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>van der Marel</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Spectroscopic evidence for Fermi liquid-like energy and temperature dependence of the relaxation rate in the pseudogap phase of the cuprates</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Proc. Natl. Acad. Sci.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>110</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2013</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>5774</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0665">S. I. Mirzaei, D. Stricker, J. N. Hancock, C. Berthod, A. Georges, E. van Heumen, M. K. Chan, Xudong Zhao, Yuan Li, M. Greven, N. Barisic, and D. van der Marel, “Spectroscopic evidence for Fermi liquid-like energy and temperature dependence of the relaxation rate in the pseudogap phase of the cuprates”, PNAS 110, 5774 (2013).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1690"><ce:label>[169]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0440">Similarly, even for Fermi systems that have not experienced a change in their carrier density or other intensive parameters, general interactions may be replaced by bilinears by introducing auxiliary variables <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1457.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> and writing subsystem averages as weighted sums <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1458.svg"><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> (with, generally, weights <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1459.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> that are of non-uniform sign (a property related to the NP hard <ce:cross-ref refid="br1710" id="crf10080">[171]</ce:cross-ref> “minus sign problem” of Quantum Monte Carlo)). Here, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1460.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math> denotes averages of quantities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1461.svg"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:math> (including the pair correlator <ce:italic>G</ce:italic>) in a sector of fixed <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1457.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> for a <ce:italic>free fermionic system</ce:italic> <ce:cross-refs refid="br1720 br1730 br1740" id="crs0590">[172–174]</ce:cross-refs>. If <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1457.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> are not translationally invariant (the resulting free Fermi system for a particular <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1457.svg"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math> realization is not diagonal in <ce:italic>k</ce:italic>-space), discontinuities in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1462.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> may be further diminished.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1700"><ce:label>[170]</ce:label><sb:reference id="bib636F72626F7As1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>P.</ce:given-name><ce:surname>Corboz</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.M.</ce:given-name><ce:surname>Rice</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Troyer</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Competing states in the t-J model: uniform d-wave state versus stripe state</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>113</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2014</sb:date></sb:issue><sb:article-number>046402</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0670">P. Corboz, T. M. Rice, and M. Troyer, “Competing states in the t-J model: uniform d-wave state versus stripe state”, Phys. Rev. Lett. 113, 046402 (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1710"><ce:label>[171]</ce:label><sb:reference id="bib7369676E34s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>Troyer</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>U-J.</ce:given-name><ce:surname>Wiese</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Computational complexity and fundamental limitations to fermionic quantum Monte Carlo simulations</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>94</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2005</sb:date></sb:issue><sb:article-number>170201</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0675">M. Troyer and U -J. Wiese, “Computational Complexity and Fundamental Limitations to Fermionic Quantum Monte Carlo Simulations”, Phys. Rev. Lett. 94, 170201 (2005).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1720"><ce:label>[172]</ce:label><sb:reference id="bib7369676E31s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Blankenbecler</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.J.</ce:given-name><ce:surname>Scalapio</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.L.</ce:given-name><ce:surname>Sugar</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Monte Carlo calculations of coupled boson-fermion systems. I</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. D</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>24</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1981</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2278</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0680">R. Blankenbecler, D. J. Scalapio, and R. L. Sugar, “Monte Carlo calculations of coupled boson-fermion systems. I”, Phys. Rev. D 24, 2278 (1981).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1730"><ce:label>[173]</ce:label><sb:reference id="bib7369676E32s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.R.</ce:given-name><ce:surname>White</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.J.</ce:given-name><ce:surname>Scalapino</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.L.</ce:given-name><ce:surname>Sugar</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.Y.</ce:given-name><ce:surname>Loh</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.E.</ce:given-name><ce:surname>Gubernatis</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.T.</ce:given-name><ce:surname>Scalettar</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Numerical study of the two-dimensional Hubbard model</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>40</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1989</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>506</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0685">S. R. White, D. J. Scalapino, R. L. Sugar, E. Y. Loh, J. E. Gubernatis, and R. T. Scalettar, “Numerical study of the two-dimensional Hubbard model”, Phys. Rev. B 40, 506 (1989).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1740"><ce:label>[174]</ce:label><sb:reference id="bib7369676E33s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Grover</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Entanglement of interacting fermions in quantum Monte Carlo calculations</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>111</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2013</sb:date></sb:issue><sb:article-number>130402</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0690">T. Grover, “Entanglement of Interacting Fermions in Quantum Monte Carlo Calculations”, Phys. Rev. Lett. 111, 130402 (2013).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1750"><ce:label>[175]</ce:label><sb:reference id="bib6164696162617469635F47s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Rigolin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Ortiz</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Degenerate adiabatic perturbation theory: foundations and applications</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>90</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2014</sb:date></sb:issue><sb:article-number>022104</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0695">G. Rigolin and G. Ortiz, “Degenerate Adiabatic Perturbation Theory: Foundations and Applications”, Phys. Rev. A 90, 022104 (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1760"><ce:label>[176]</ce:label><sb:reference id="bib514249534Ds1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>C.M.</ce:given-name><ce:surname>Caves</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.A.</ce:given-name><ce:surname>Fuchs</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>R.</ce:given-name><ce:surname>Schack</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum probabilities as Bayesian probabilities</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>65</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2002</sb:date></sb:issue><sb:article-number>022305</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0700">C. M. Caves, C. A. Fuchs, and R. Schack, “Quantum probabilities as Bayesian probabilities”, Phys. Rev. A 65, 022305 (2002).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1770"><ce:label>[177]</ce:label><sb:reference id="bib5A6568s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.D.</ce:given-name><ce:surname>Zeh</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>On the interpretation of measurement in quantum theory</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Found. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>1</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1970</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>69</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0705">H. D. Zeh, “On the interpretation of measurement in quantum theory”, Foundations of Physics 1 , 69 (1970).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1780"><ce:label>[178]</ce:label><sb:reference id="bib5A7572656Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>W.H.</ce:given-name><ce:surname>Zurek</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Probabilities from entanglement, Born's rule <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1463.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> from envariance</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>71</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2005</sb:date></sb:issue><sb:article-number>052105</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0710">W. H. Zurek, “Probabilities from Entanglement, Born's Rule pk=|ψk|2 from Envariance”, Phys. Rev. A 71, 052105 (2005).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1790"><ce:label>[179]</ce:label><sb:reference id="bib636E74s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Aharon</ce:given-name><ce:surname>Casher</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Shmuel</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Jeffrey</ce:given-name><ce:surname>Tollaksen</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Collapses and avoiding wave function spreading</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:e-host><ce:inter-ref xlink:role="http://www.elsevier.com/xml/linking-roles/text/html" xlink:href="https://arxiv.org/pdf/1408.3097.pdf" id="inf0090">https://arxiv.org/pdf/1408.3097.pdf</ce:inter-ref><sb:date>2014</sb:date></sb:e-host></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0715">Aharon Casher, Shmuel Nussinov, and Jeffrey Tollaksen, “Collapses and Avoiding Wave Function Spreading”, https://arxiv.org/pdf/1408.3097.pdf (2014).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1800"><ce:label>[180]</ce:label><sb:reference id="bib636C6173736963616C2As1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Kundu</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>O.</ce:given-name><ce:surname>Hirschberg</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Mukamel</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Long range correlations in stochastic transport with energy and momentum conservation</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Stat. Mech.</sb:maintitle></sb:title></sb:series><sb:date>2016</sb:date></sb:issue><sb:article-number>033108</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0720">A. Kundu, O. Hirschberg, and D. Mukamel, “Long range correlations in stochastic transport with energy and momentum conservation”, J. Stat. Mech. (2016) 033108.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1810"><ce:label>[181]</ce:label><sb:reference id="bib636C6173736963616C56544558s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>J.R.</ce:given-name><ce:surname>Dorfman</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.R.</ce:given-name><ce:surname>Kirkpatrick</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.V.</ce:given-name><ce:surname>Sengers</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Generic long-range correlations in molecular fluids</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Annu. Rev. Phys. Chem.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>45</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1994</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>213</sb:first-page></sb:pages></sb:host><sb:comment>and references therein</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0725">J. R. Dorfman, T. R. Kirkpatrick, and J. V. Sengers, “Generic long-range correlations in molecular fluids”, Annu. Rev. Phys. Chem. 45, 213 (1994), and references therein.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1820"><ce:label>[182]</ce:label><sb:reference id="bib64657269646127s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>B.</ce:given-name><ce:surname>Derida</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Non-equilibrium steady states: fluctuations and large deviations of the density and of the current</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Stat. Mech.</sb:maintitle></sb:title></sb:series><sb:date>2007</sb:date></sb:issue><sb:article-number>P07023</sb:article-number></sb:host><sb:comment>and references therein</sb:comment></sb:reference><ce:source-text id="srct0730">B. Derida, “Non-equilibrium steady states: fluctuations and large deviations of the density and of the current”, J. of Stat. Mech. (2007), P07023, and references therein.</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1830"><ce:label>[183]</ce:label><sb:reference id="bib414B4C54s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>Affleck</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Kennedy</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.H.</ce:given-name><ce:surname>Lieb</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Tasaki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Rigorous results on valence-bond ground states in antiferromagnets</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>115</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1988</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>477</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0735">I. Affleck, T. Kennedy, E. H. Lieb, and H. Tasaki, “Rigorous results on valence-bond ground states in antiferromagnets”, Commun. Math. Phys. 115, 477 (1988).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1840"><ce:label>[184]</ce:label><sb:reference id="bib64656E696A73s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>M.</ce:given-name><ce:surname>den Nijs</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>K.</ce:given-name><ce:surname>Rommelse</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Preroughening transitions in crystal surfaces and valence-bond phases in quantum spin chains</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>40</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1989</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>4709</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0740">M. den Nijs and K. Rommelse, “Preroughening transitions in crystal surfaces and valence-bond phases in quantum spin chains”, Phys. Rev. B 40, 4709 (1989).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1850"><ce:label>[185]</ce:label><sb:reference id="bib64616E61726F766173s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>S.M.</ce:given-name><ce:surname>Girvin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Arovas</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Hidden topological order in integer quantum spin chains</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Scr. T</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>27</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1989</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>156</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0745">S. M. Girvin and D. Arovas, “Hidden topological order in integer quantum spin chains”, Physica Scripta T 27, 156 (1989).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1860"><ce:label>[186]</ce:label><sb:reference id="bib686173616B69s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Tasaki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Quantum liquid in antiferromagnetic chains: a stochastic geometric approach to the Haldane gap</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>66</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1991</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>798</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0750">H. Tasaki, “Quantum liquid in antiferromagnetic chains: A stochastic geometric approach to the Haldane gap”, Phys. Rev. Lett. 66, 798 (1991).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1870"><ce:label>[187]</ce:label><sb:reference id="bib4B656E546173s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Kennedy</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>H.</ce:given-name><ce:surname>Tasaki</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Hidden symmetry breaking and the Haldane phase in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1137.svg"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> quantum spin chains</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Commun. Math. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>147</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1992</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>431</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0755">T. Kennedy and H. Tasaki, “Hidden symmetry breaking and the Haldane phase in S=1 quantum spin chains”, Comm. Math. Phys. 147, 431 (1992).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1880"><ce:label>[188]</ce:label><sb:reference id="bib4F676174615368696261s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Masao</ce:given-name><ce:surname>Ogata</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Hiroyuki</ce:given-name><ce:surname>Shiba</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Bethe-ansatz wave function, momentum distribution, and spin correlation in the one-dimensional strongly correlated Hubbard model</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>41</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1990</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2326</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0760">Masao Ogata and Hiroyuki Shiba, “Bethe-ansatz wave function, momentum distribution, and spin correlation in the one-dimensional strongly correlated Hubbard model”, Phys. Rev. B 41, 2326 (1990).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1890"><ce:label>[189]</ce:label><sb:reference id="bib487562626172645F4B72756973s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.V.</ce:given-name><ce:surname>Kruis</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.P.</ce:given-name><ce:surname>McCulloch</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Zaanen</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Geometry and topological order in the Luttinger liquid state</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Europhys. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>65</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>512</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0765">H. V. Kruis, I. P. McCulloch, Z. Nussinov, and J. Zaanen, “Geometry and topological order in the Luttinger liquid state”, Europhys. Lett., 65, 512 (2004).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1900"><ce:label>[190]</ce:label><sb:reference id="bib487562626172645F4B7275697327s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>H.V.</ce:given-name><ce:surname>Kruis</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>I.</ce:given-name><ce:surname>McCulloch</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.</ce:given-name><ce:surname>Zaanen</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Geometry and hidden order of Luttinger liquids: the universality of squeezed space</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>70</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2004</sb:date></sb:issue><sb:article-number>075109</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0770">H. V. Kruis, I. McCulloch, Z. Nussinov, and J. Zaanen “Geometry and Hidden Order of Luttinger Liquids: the Universality of Squeezed Space”, Phys. Rev. B 70, 075109 (2004).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1910"><ce:label>[191]</ce:label><sb:reference id="bib5A4127s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>A.</ce:given-name><ce:surname>Rosengren</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Exact ground states of extended t - J<ce:inf><ce:italic>z</ce:italic></ce:inf> models on a square lattice</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Philos. Mag. Lett.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>87</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2007</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>515</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0775">Z. Nussinov and A. Rosengren, “Exact ground states of extended t - Jz models on a square lattice”, Phil. Mag. Lett. 87, 515 (2007).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1920"><ce:label>[192]</ce:label><sb:reference id="bib6861646F6E677A6F686172s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Han-Dong</ce:given-name><ce:surname>Chen</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>Zohar</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Exact results on the Kitaev model on a hexagonal lattice: spin states, string and brane correlators, and anyonic excitations</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Phys. A</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>41</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2008</sb:date></sb:issue><sb:article-number>075001</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0780">Han-Dong Chen and Zohar Nussinov, “Exact results on the Kitaev model on a hexagonal lattice: spin states, string and brane correlators, and anyonic excitations”, Journal of Physics A 41, 075001 (2008).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1930"><ce:label>[193]</ce:label><sb:reference id="bib4572657A42657267s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Berg</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.G.</ce:given-name><ce:surname>Dalla Torre</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>T.</ce:given-name><ce:surname>Giamarchi</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>E.</ce:given-name><ce:surname>Altman</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Rise and fall of hidden string order of lattice bosons</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Phys. Rev. B</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>77</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2008</sb:date></sb:issue><sb:article-number>245119</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0785">E. Berg, E. G. Dalla Torre, T. Giamarchi, and E. Altman, “Rise and fall of hidden string order of lattice bosons”, Phys. Rev. B 77, 245119 (2008).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1940"><ce:label>[194]</ce:label><sb:reference id="bib73686F72742D6F7665726C6F6F6B6564s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Ortiz</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Sufficient symmetry conditions for topological quantum order</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Proc. Natl. Acad. Sci.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>106</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:article-number>16944</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0790">Z. Nussinov and G. Ortiz, “Sufficient symmetry conditions for topological quantum order”, PNAS 106, 16944 (2009).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1950"><ce:label>[195]</ce:label><sb:reference id="bib746F706F2D6F75722D616C776179732D6F7665726C6F6F6B65642D776F726Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>Z.</ce:given-name><ce:surname>Nussinov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>G.</ce:given-name><ce:surname>Ortiz</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>A symmetry principle for topological quantum order</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Ann. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>324</sb:volume-nr></sb:series><sb:issue-nr>5</sb:issue-nr><sb:date>2009</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>977</sb:first-page><sb:last-page>1057</sb:last-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0795">Z. Nussinov and G. Ortiz, “A symmetry principle for topological quantum order”, Annals of Physics 324, Issue 5, Pages 977-1057 (2009).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1960"><ce:label>[196]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0450">Since <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1464.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math> does not appear in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si92.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, there is an additive <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1465.svg"><mml:mi mathvariant="normal">ln</mml:mi><mml:mo>⁡</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math> contribution to the entanglement entropy vis a vis the application of the formulas to the partition of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1466.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> decoupled Ising spins <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1467.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> of energy <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1468.svg"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> into two groups of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1054.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1469.svg"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="badbreak" linebreakstyle="after">−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> spins whose energies are given by the spatially uniform Hamiltonians <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1470.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1471.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> respectively. This does not impact the asymptotic scaling of Eq. <ce:cross-ref refid="fm1280" id="crf10860">(G.10)</ce:cross-ref>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1970"><ce:label>[197]</ce:label><sb:reference id="bib41544727s1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>A.S.</ce:given-name><ce:surname>Keys</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>J.P.</ce:given-name><ce:surname>Garrahan</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.</ce:given-name><ce:surname>Chandler</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Calorimetric glass transition explained by hierarchical dynamic facilitation</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Proc. Natl. Acad. Sci.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>110</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2013</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>4482</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0800">A. S. Keys, J. P. Garrahan, and D. Chandler, “Calorimetric glass transition explained by hierarchical dynamic facilitation”, PNAS 110, 4482 (2013).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1980"><ce:label>[198]</ce:label><sb:reference id="bib4F54502Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Velikov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>S.</ce:given-name><ce:surname>Borick</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.A.</ce:given-name><ce:surname>Angell</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>The glass transition of water, based on hyperquenching experiments</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>Science</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>294</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2001</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2335</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0805">V. Velikov S. Borick, and C. A. Angell, “The glass transition of water, based on hyperquenching experiments”, Science 294, 2335 (2001).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br1990"><ce:label>[199]</ce:label><sb:reference id="bib474C592Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>L.M.</ce:given-name><ce:surname>Wang</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>V.</ce:given-name><ce:surname>Velikov</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>C.A.</ce:given-name><ce:surname>Angell</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Direct determination of kinetic fragility indices of glassforming liquids by differential scanning calorimetry: kinetic versus thermodynamic fragilities</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Chem. Phys.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>117</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>2002</sb:date></sb:issue><sb:article-number>10184</sb:article-number></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0810">L. M. Wang, V. Velikov, and C. A. Angell, “Direct determination of kinetic fragility indices of glassforming liquids by differential scanning calorimetry: Kinetic versus thermodynamic fragilities”, J .Chem. Phys. 117, 10184 (2002).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br2000"><ce:label>[200]</ce:label><sb:reference id="bib53414C2Bs1"><sb:contribution><sb:authors><sb:author><ce:given-name>W.T.</ce:given-name><ce:surname>Laughlin</ce:surname></sb:author><sb:author><ce:given-name>D.R.</ce:given-name><ce:surname>Uhlmann</ce:surname></sb:author></sb:authors><sb:title><sb:maintitle>Viscous flow in simple organic liquids</sb:maintitle></sb:title></sb:contribution><sb:host><sb:issue><sb:series><sb:title><sb:maintitle>J. Phys. Chem.</sb:maintitle></sb:title><sb:volume-nr>76</sb:volume-nr></sb:series><sb:date>1972</sb:date></sb:issue><sb:pages><sb:first-page>2317</sb:first-page></sb:pages></sb:host></sb:reference><ce:source-text id="srct0815">W. T. Laughlin and D. R. Uhlmann, “Viscous flow in simple organic liquids”, J. Phys. Chem. 76, 2317 (1972).</ce:source-text></ce:bib-reference><ce:bib-reference id="br2010"><ce:label>[201]</ce:label><ce:note><ce:simple-para id="sp0460">A proof follows from Eq. <ce:cross-ref refid="fm0590" id="crf10870">(57)</ce:cross-ref> with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si1472.svg"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo linebreak="goodbreak" linebreakstyle="after">=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> and <ce:italic>ϵ</ce:italic> replaced by a general intensive quantity <ce:italic>q</ce:italic>.</ce:simple-para></ce:note></ce:bib-reference></ce:bibliography-sec></ce:bibliography></tail></article>